Перспективы использования Bacillus thuringiensis как биологического агента защиты растений

Показаны современные биологические методы защиты растений от болезней на основе анализа отечественной и зарубежной литературы. Высокие потери урожая из-за болезней растений в сочетании с потребностью в экологически чистой продукции делают направление по созданию микробиологических препаратов крайне актуальным. Особое внимание уделено виду Bacillus thuringiensis, у которого идентифицировано около 90 подвидов. В настоящее время в мире производится 90 % всех коммерческих биоинсектицидов на основе штаммов Bacillus thuringiensis ssp. kurstaki, aizawai, israelensis. Рассмотрены данные о способности культур Bacillus thuringiensis, относящихся к различным подвидам, продуцировать вещества, которые защищают растения не только от фитофагов, но и от фитопатогенных инфекций. Обнаружен новый класс антибиотиков, проявляющих высокую антагонистическую активность не только к прокариотам, но и эукариотам. Определено, что эффективная концентрация бактериоцина для стимуляции роста растений и повышения их урожайности составляет всего нескольких наномолей, что делает его применение экономически выгодным. Полифункциональные свойства Bacillus thuringiensis, обусловленные разнообразием спектра веществ, которые продуцируют штаммы различных подвидов, позволяют прогнозировать возможность создания новых микробиологических препаратов для управления здоровьем растений. Препараты на основе Bacillus thuringiensis могут быть перспективными дополнением или альтернативой химическим средствам защиты от болезней в растениеводстве.

биологическая защита растений, Bacillus thuringiensis, Cry-белки, антагонистическая активность, бактериоцины, biological plant protection, Bacillus thuringiensis, cry proteins, antagonistic activity, bacteriocins

1. Чулкина В.А., Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я. Интегрированная защита растений: фитосанитарные системы и технологии. - М.: Колос, 2009. - 669 с.

2. Жученко А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция). - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1994. - 148 с.

3. Гольдин Е.Б. Биологическая защита растений в свете проблем XXI века // Геополитика и экогеодинамика регионов. - 2014. - Т. 10, № 2. - С. 99-107.

4. Перечень критических технологий Российской Федерации от 07.07.2011 г.: [Электронный ресурс]. - http://kremlin.ru/supplement/988

5. Монастырский О.А. Нужны ли биопрепараты и биологическая защита растений сельскому хозяйству? // Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем: материалы междунар. науч.-практ. конф. (2-22 сентября 2006 г., Краснодар). - Краснодар, 2006. - С. 60-70.

6. Штерншис М.В. Тенденции развития биотехнологии микробных средств защиты растений в России // Вестн. Томского гос. ун-та. - 2012. - № 2 (18). - С. 92-100.

7. Штерншис М.В. Биологическая защита растений: учебник. - М.: Колос, 2004. - 264 c.

8. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие росту и развитию растений // Соровский образов. журн. - 1998. - № 10. - С. 25-31.

9. Cook R.J., Baker K.F. The nature and practice of biological control of plants pathogens // St. Paul (Minn.): Amer. Phytopathol. Soc.- 1989. - 539 p.

10. Бурцева Л.И., Штерншис М.В., Калмыкова Г.В. Бактериальные болезни насекомых // Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты / под ред. В.В. Глупова. - М.: Круглый год, 2001. - С. 189-245.

11. De Barjac H., Bonnefoi A. Classification of Bacillus thuringiensis strains // Entomophaga. - 1962. - Vol. 7. - P. 5-31.

12. Lecadet M.M., Frachon E., Dumanoir V.C. et al. Updating the H-antigen classification of Bacillus thuringiensis // J. Appl. Microbiol. - 1999. - Vol. 86. - P. 660-673.

13. Hofte H., Whitely H.R. Insecticidal crystal proteins of Bacillus thuringiensis // Microbial. Rev. - 1989. - Vol. 53. - P. 242-258.

14. Crickmore N., Zeigler D.R., Feitelson J. et al. Revision of the nomenclature for the Bacillus thuringiensis pesticidal crystal proteins // Microbiol. Molec. Biology Rev. - 1998. - Vol. 62. - P. 807-813.

15. Crickmore N., Baum J., Bravo A. et al. Bacillus thuringiensis toxin nomenclature: [Электронный ресурс]. - http://www.lifesci.sussex.ac.uk

16. Mizuki E., Ohba M., Akao T. et al. Unique activity associated with non-insecticidal Bacillus thuringiensis parasporal inclusion: in vitro cell-killung action on human cancer cells // J. Appl. Microbiol. - 1999. - Vol. 86. - P. 477-486.

17. Егоров Н.С., Юдина Т.Г., Баранов А.Ю. О корреляции между инсектицидной и антибиотической активностями параспоральных кристаллов Bacillus thuringiensis // Микробиология. -1990. - Т. 59 (3). - С. 448-452.

18. Favret M.E., Yousten A.A. Thricin: the bacteriocin produced by Bacillus thuringiensis // J. Invertebr. Pathol. - 1989. - Vol. 53. - P. 206-216.

19. Barboza-Corona J. Eleazar, Vazquez-Acosta H. et al. Bacteriocin-like inhibitor substances produced by Mexican strains of Bacillus thuringiensis// Arch. Microbiol. - 2007. - Vol. 187. - P. 117-126.

20. Paik HD, Bae SS, Park SH et al. Identification and partial characterization of tochicin, a bacteriocin produced by Bacillus thuringiensis subsp. tochigiensis // J. Industr. Microbiol.& Biotechnology. - 1997. - Vol. 19. - P. 294-298.

21. Rea M.C., Sit C.S., Clayton E. Thuricin CD, a posttranslationally modified bacteriocin with a narrow spectrum of activity against Clostridium difficile // PNAS. - 2010. - Vol. 107 (20). - P. 9352-9357.

22. Калмыкова Г., Бурцева Л., Ермакова О. и др. Антибактериальная активность штаммов Bacillus thuringiensis в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов // Сиб. вестн. с.-х. науки. - 2013. - № 2. - С. 97-104.

23. Subramanian S., Smith D.L. Bacteriocins from the rhizosphere microbiome - from an agriculture perspective // Plant Science. - 2015. - Vol. 6. - P. 1-7.

24. Kim P.I. et al. Purification and characterization of a lipopeptide produced by Bacillus thuringiensis CMB 26 // J. Appl. Microbiol. - 2004. - Vol. 97. - P. 942-949

25. Roy A., Mahata D., Debarati P. et al. Purification, biochemical characterization and self-assembled structure of a fengycin-like antifungal peptide from Bacillus thuringiensis // J. Microbiol. - 2013. - Vol. 4.

26. Hathout Y., Ho YP., Ryzhov V. et al. Kurstakins: a new class of lipopeptides isolated from Bacillus thuringiensis // J. Nat. Prod. - 2000. - Vol. 63 (11). - P. 1492-1496.

27. Cochrane S.A., Vederas J.C. Lipopeptides from Bacillus and Paenibacillus spp.: A Gold Mine of Antibiotic Candidates // Medicinal Research Reviews. - 2016. - Vol. 36 (1). - P. 4-31.

28. Raaijmakers J.M. et al. Natural functions of lipopeptides from Bacillus and Pseudomonas: more than surfactants and antibiotics // FEMS Microbiol. Rev. - 2010. - Vol. 34. - P. 1037-1062.

29. Zhou Y., Choi Y., Sun M. Novel roles of Bacillus thuringiensis to control plant diseases // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2008. - Vol. 80. - P. 563-572.

30. Luo Y., Ruan L., Zhao Ch. et al. Validation of the Intact Zwittermicin A Biosynthetic Gene Cluster and Discovery of a Complementary Resistance Mechanism in Bacillus thuringiensis // Antimicrob Agents Chemother. - 2011. - Vol. 55 (9). - P. 4161-4169.

31. Broderick N.A., Goodman R.M., Raffa K.F. et al. Synergy between zwittermicin A and Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki against gypsy moth (Lepidoptera:Lymantriidae) // Environ. Entomol. - 2000. - Vol. 29. - P. 101-107.

32. Martinez-Absalon S. et al. Potential use and mode of action of the new strain Bacillus thuringiensis UM96 for the biological control of the grey mold phytopathogen Botrytis cineria // Biocontr. Sci Technol. - 2014. - Vol. 24 (12). - P. 1349-1362.

33. Sharma N. et al. Role of chitinase in plant defense// Asian J. Biochem. - 2011. - Vol. 6 (1). - P. 29-37.

34. De la Fuente-Salcido N.M., Casados-Vazguez L.E., Garcia-Perez A.P. et al. The endochitinase ChiA Btt of Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis DSM-2803 and its potential use to control the phytopathogen Colletotrichum gloeosporioides // Microbiologyopen. - 2016. - doi: 10.1002/mbo3.372

35. De la Vega L.M., Barboza-Corona J.E., Aguilar-Uscanga M.G. et al. Purification and characterization of an exochitinase from Bacillus thuringiensis subsp.aizawai and its action against phytopathogenic fungi // Can. J. Microbiol. - 2006. - Vol. 52. - P. 651-657.

36. Lee S., Park S., Lee J. et al. Genes encoding the N-acyl homoserine lacton-degrading enzyme are widespread in many subspecies of Bacillus thuringiensis // App. Environ. Microbiol. - 2002. - Vol. 68. - P. 3919-3924.

37. Sebesta K., Horska K. Mechanism of inhibition of DNA-dependent RNA polymerase by exotoxin of Bacillus thuringiensis // Biochem. Biophys. Acta. - 1970. - Vol. 209. - P. 357-376.

38. Sanchez-Soto A.I., Saavedra-Gonzalez G.I., Ibarra J.E. et al. Detection of b-exotoxin synthesis in Bacillus thuringiensis using an easy bioassay with the nematode Caenorhabditis elegans // Lett. Appl. Microbiol. - 2015. - Vol. 61 (6). - P. 562-567.

39. Гришечкина С.Д. Механизмы действия и эффективность микробиологического препарата бацикола // С.-х. биология. - 2015. - Т. 50, № 5. - С. 685-693.

40. Климентова Е.Т., Каменек Л.К., Каменек Д.В. и др. Перспективы использования дельта-эндотоксина Bacillus thuringiensis как биорегулятора роста растений с фитозащитными свойствами // Агрорус XXI. - 2010. - № 4-6. - С. 31-33.

41. Басырова Л.Ф., Каменек Д.В., Каменек Л.К. и др. Влияние дельта-эндотоксина Bacillus thuringiensis на биохимический состав плодов огурца посевного // Вестн. Алтайского ГАУ. - 2014. - № 10 (120). - С. 14-19.

42. Терпиловский М.А. Антибиотическое действие дельта-эндотоксинов Bacillus thuringiensis против Phytophthora infestans и Fusarium oxysporium: автореф. дис. … канд. биол. наук. - Самара, 2012. - 22 с.

43. Каменек Д.В., Ильинская О.Н., Цофина Л.М. и др. Дельта-эндотоксин Bacillus thuringiensis как природный протонофор: анализ методами ИК- и ЯМР-спектроскопии // Учен. записки Казанского ГУ. - 2008. - Т. 150, кн.1. - С. 69-75.

44. Каменек Л.К. Дельта-эндотоксин Bacillus thuringiensis: строение, свойства и использование для защиты растений: автореф. дис. … д-ра биол. наук. - М., 1998. - 43 с.

45. Kamoun F., Fguira I., N.B.ben Hassen et al. Purification and characterization of a new Bacillus thuringiensis bacteriocin active against Listeria monocytogenes, Bacillus cereus and Agrobacterium tumefaciens // Appl. Biochem. Biotechnol. - 2011. - Vol. 165. - P. 300-314.

46. Sowmyalakshmi Subramanian, Donald L. Smith. Bacteriocins from the rhizosphere microbiome - from an agriculture perspective // Plant Science. - 2015. - Vol. 6. - P. 1-7.

47. Prudent M., Salon C., Souleimanov A., Emery R.J.N., Smith D.L. Soybean is less impacted by water stress using Bradyrhizobium japonicum and thuricin-17 from Bacillus thuringiensis // Agron.Sustain.Dev. - 2014. - Vol. 35. - P. 749-757.

48. Raddadi N., Belaouis A., Namagnini I. et al. Characterization of polyvalent and safe Bacillus thuringiensis strains with potential use for biocontrol // J. Basic Microbiol. - 2009. - Vol. 49. - P. 293-303.