تجزیه و تحلیل عملکردی و ژنومیک مقایسه ای Rahnella perminowiae S11P1 و Variovorax sp. S12S4، دو ریزوباکتری محرک رشد گیاهی جدا شده از ریزوسفر Crocus sativus L. (زعفران)

سابقه و هدف: Rahnella perminowiae S11P1 و Variovorax sp. S12S4 دو ریزوباکتری تقویت‌کننده رشد گیاهی هستند که قبلاً از ریزوسفر Crocus sativus L. (زعفران) جدا شده‌اند و فعالیت‌های جالب PGP و نتایج امیدوارکننده‌ای را هنگام استفاده به عنوان تلقیح در آزمایش‌های مزرعه نشان داده‌اند. برای توضیح بیشتر مکانیسم‌های مولکولی زیربنای اثرات مفید آنها بر رشد گیاه، استخراج ژنوم جامع S11P1 و S12S4 و تجزیه و تحلیل ژنومی مقایسه‌ای با سویه‌های نزدیک انجام شد. نتایج: حاشیه نویسی عملکردی دو سویه تعداد زیادی از ژن های دخیل در تولید اکسین و سیدروفور، تثبیت نیتروژن، متابولیسم گوگرد، بیوسنتز اسید آلی، تولید پیرولوکینولین کینون، فعالیت ارگانیک دی آمیناز 1-آمینو سیکلوپروپان-1-کربوکسیلات (ACC)، را پیش بینی کرد. تولید ترکیبات و بیوسنتز پلی آمین علاوه بر این، ژن‌های متعددی که در فعل و انفعالات گیاه-باکتری نقش دارند، مانند ژن‌های دخیل در کموتاکسی و سنجش حد نصاب، پیش‌بینی شدند.

علاوه بر این، این دو سویه حامل ژن‌های دخیل در تناسب اندام باکتریایی در شرایط استرس غیرزیستی بودند. تجزیه و تحلیل مقایسه ای ژنومی یک ساختار پان ژنومیک باز را برای دو سویه نشان داد. حاشیه‌نویسی COG نشان داد که بخش‌های بالاتری از ژن‌های هسته و جانبی در متابولیسم و ​​انتقال کربوهیدرات‌ها و اسیدهای آمینه نقش دارند، که نشان‌دهنده تطبیق‌پذیری متابولیک این دو سویه به عنوان استعمارگر مؤثر ریزوسفر است. علاوه بر این، این مطالعه اولین مقایسه تجزیه و تحلیل توالی Multilocus (MLSA) و فیلوژنی مبتنی بر هسته از جنس Rahnella و Variovorax را گزارش می‌کند. نتیجه‌گیری: مطالعه حاضر مکانیسم‌های مولکولی زیربنایی تقویت رشد گیاه و فعالیت کنترل زیستی S11P1 و S12S4 را آشکار می‌کند و مبنایی برای کاربرد بیوتکنولوژیکی بیشتر آنها در کشاورزی فراهم می‌کند.

Background: Rahnella perminowiae S11P1 and Variovorax sp. S12S4 are two plant growth-promoting rhizobacteria that were previously isolated from the rhizosphere of Crocus sativus L. (saffron), and have demonstrated interesting PGP activities and promising results when used as inoculants in field trials. To further elucidate the molecular mechanisms underlying their beneficial effects on plant growth, comprehensive genome mining of S11P1 and S12S4 and comparative genomic analysis with closely related strains were conducted. Results: Functional annotation of the two strains predicted a large number of genes involved in auxin and siderophore production, nitrogen fixation, sulfur metabolism, organic acid biosynthesis, pyrroloquinoline quinone production, 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase activity, volatile organic compounds production, and polyamine biosynthesis.

In addition, numerous genes implicated in plant-bacteria interactions, such as those involved in chemotaxis and quorum sensing, were predicted. Moreover, the two strains carried genes involved in bacterial fitness under abiotic stress conditions. Comparative genomic analysis revealed an open pan-genomic structure for the two strains. COG annotation showed that higher fractions of core and accessory genes were involved in the metabolism and transport of carbohydrates and amino acids, suggesting the metabolic versatility of the two strains as effective rhizosphere colonizers. Furthermore, this study reports the first comparison of Multilocus sequence analysis (MLSA) and core-based phylogenies of the Rahnella and Variovorax genera. Conclusions: The present study unveils the molecular mechanisms underlying plant growth promotion and biocontrol activity of S11P1 and S12S4, and provides a basis for their further biotechnological application in agriculture.