Geny pro biosyntézu antibiotik u půdního bakteriálního společenstva interagujícího s rostlinou.

Šárka Hrychová

Master's thesis

Genes for antibiotic biosynthesis in soil-bacteria-plant interactions.

Abstract:

Se zvyšující se zemědělskou produkcí roste i potřeba nových a udržitelných způsobů v boji proti patogenním mikroorganismům, které napadají plodiny a snižují tak jejich výnosnost. Mezi takové způsoby patří obohacování půdy antagonistickými mikroorganismy, které pomocí produkce antibiotik omezují růst nebo zcela eliminují patogenní mikroorganismy. Významným producentem antibiotik jsou bakterie z kmene Actinobacteria, převážně pak rod Streptomyces. U mnohých streptomycet byl potvrzen jejich pozitivní účinek proti patogenním mikroorganismům, které napadají zemědělské plodiny. Cílem práce bylo izolovat chromozomální DNA z 10 kmenů půdních aktinobakterií. Poté byl u dvou vybraných kmenů rodu Streptomyces, které in vitro vykazovaly aktivitu vůči patogenní bakterii Streptomyces scabiei, proveden rozbor získané genomové sekvence pomocí programu antiSMASH. AntiSMASH určil podobnost biosyntetických drah v genomu se známými drahami pro sekundární metabolity v referenčních streptomycetách. Z výsledků bylo zjištěno, že oba genomy streptomycet obsahují několik biosyntetických genových klastrů pro potencionální látky s antibiotickým účinkem. Všechny se odlišovaly od známých klastrů, ale různou měrou. Můžeme tedy předpokládat, že oba kmeny jsou schopny produkovat nové látky s antibakteriálním účinkem. Závěry potvrdily, že mezi příbuznými kmeny dochází k horizontálnímu přenosů genů, které se dále vyvíjejí a představují tak, jeden ze základních mechanismů diverzifikace bakteriálního genomu. Výsledky této studie přinášejí podklady o vhodnosti využití bakteriálních kmenů na potencionální boj proti obecné strupovitosti způsobené patogenem S. scabiei, ale i proti dalším patogenním mikroorganismům. Je potřeba provést další pokusy, aby se zjistilo, které látky bakterie doopravdy produkují a jestli nemají na rostlinu nebo další organismy v rhizosféře negativní vliv.

Abstract:

As agricultural production increases, so does the need for new and sustainable ways to combat pathogenic microorganisms that attack crops and reduce the yield. Such methods include enriching the soil with antagonistic microorganisms which, through the production of antibiotics, restrict the growth of pathogenic microorganisms or completely eliminate them. Bacteria from the phylum Actinobacteria, mainly the genus Streptomyces, are important producers of antibiotics. Many streptomyces have already been shown to have a positive effect in the fight against pathogenic microorganisms that attack agricultural crops. The aim of the paper was to isolate chromosomal DNA from 10 strains of soil actinobacteria. Subsequently, two selected strains of the genus Streptomyces, which showed in vitro activity against the pathogenic bacteria Streptomyces scabiei, were subjected to analysis of the obtained genomic sequence using the antiSMASH program. AntiSMASH determined the similarity between biosynthetic pathways in the genome and known pathways for secondary metabolites in reference streptomyces. The results showed that both genomes of streptomyces contain several biosynthetic gene clusters for potential substances with antibiotic effect. They all differed from known clusters, but to varying degrees. It can therefore be assumed that both strains are able to produce new substances with antibacterial effect. The conclusions confirmed that there are horizontal gene transfers between related strains, which further develop and thus represent one of the basic mechanisms of bacterial genome diversification. The results of this study provide evidence of the suitability of bacterial strains for the potential fight against common scab caused by the pathogen S. scabiei, but also against other pathogenic microorganisms. Further experiments are needed to find out which substances bacteria actually produce and whether they do not have a negative effect on the plant or other organisms in the rhizosphere.

Keywords

Aktinobakterie, interakce s rostlinou, antibiotika, genomy

Keywords

Actinobacteria, interaction with the plant, antibiotics, genomes

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Markéta Marečková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition