Biochemical and molecular characterization of plant growth promoting putative endophytic bacterium isolated from in vitro cultures of Photinia X fraseri Dress.

Abstract

Alev ağacı (Photinia X fraseri Dress.) her mevsim yeşil, ticari öneme sahip odunsu bir süs bitkisidir. Bir mikroorganizma, yüzey sterilasyonu yapılmış bitki materyalinden ya da bitki içinden ekstraksiyonla kazanılıyorsa endofitik olarak değerlendirilmekte olup; endofitik organizmaları patojenlerden ayıran en temel özellik konakçı üzerinde herhangi zararlı bir etki göstermemeleridir. Gebze Teknik Üniversitesi (GTU), Bitki Biyoteknolojisi Laboratuvarında, alev ağacı bitki doku kültürü çalışmalarının dördüncü yılında, bitki büyümesini teşvik eden endofitik olabilecek bir bakterinin varlığı saptandı. Tez kapsamında in vitro koşullarda alev ağacı bitkisinden izole edilen endofitik bakterinin tanımlanması ile gösterdiği olumlu etkinin kaynağının açığa çıkarılmasına yönelik mikrobiyolojik, biyokimyasal ve moleküler analizler yapılmıştır. Yapılan standart biyokimyasal testler ile bu bakterinin sporsuz, Gram negatif, çubuk şekilli olduğu, streptomisin, tetrasiklin, nalidiksik asit, polimiksin B, spektinomisin ve eritromisin antibiyotiklerine hassas olduğu, GA3 ve indol asetik asit ürettiği ve ayrıca nitrojeni fikse etme yeteneğine sahip olduğu belirlenmiştir. Yapılan moleküler analizlerle bakteride oksin, sitokinin ve virülens genlerinin control mikroorganizmalara göre farklı büyüklükte olsalar da bulunduğu saptanmıştır. Alev ağacı mikrogövdelerinin saf olarak izole edilen bakteri kültürü ile inoküle edildiğinde periyodik altkültürlemeye gereksinim duymaksızın 25 °C'ta 16 aya kadar saklanabildikleri görülmüştür. Sonuçların değerlendirilmesi ile, bitki doku kültüründe yararlı bakteri varlığının alt kültürleme süresini uzattığı ve bu sayede bitkiciklerin besi ortamına dışarıdan herhangi bir katkı yapılmaksızın uzun süre canlılıklarını koruyabildikleri belirlenmiştir. Dolayısıyla, doku kültürü ortamında yararlı bakteri varlığı; alt kültürleme sıklığını azaltmakta, iş gücü, materyal ve enerji kaybını önlemektedir. Bu bağlamda, bu tez endofitik bakteri-bitki iş birliğinden yararlanılması açısından önem taşımaktadır.

Fraser photinia "Red Robin" (Photinia X fraseri) is an evergreen, ornamental hybrid shrub and has a commercial significance. The microshoots of fraser photinia are used routinely for the optimization of long-term storage techniques. A microorganism is considered endophytic if it is obtained by extraction from surface sterilized plant material or plant. The most basic property that distinguishes endophytic organisms from pathogens is that they do not have any harmful effect on the host. In the Gebze Technical University (GTU), Plant Biotechnology Laboratory, the presence of beneficial bacterium in plant tissue culture was detected during the micropropagation of photinia. In the scope of the thesis, microbiological, biochemical and molecular analyzes have been carried out for identification and detection of positive effects of this endophytic bacterium isolated from in vitro cultures of fraser photinia microshoots. It has been determined by standard biochemical tests that this bacterium is capable of producing GA3 and indole acetic acid, is sensitive to streptomycin, tetracycline, nalidixic acid, polymyxin B, spectinomycin and erythromycin antibiotics, is spore-free, Gram negative, rod-shaped, and also has the ability to fix nitrogen. Molecular analysis revealed that the auxin, cytokinin, nitrogen fixing, and virulence genes in the bacteria were present in different sizes according to the control microorganisms. It has been shown that fraser photinia microshoots can be stored at 25 °C for up to 16 months without subculturing or transferring a fresh medium when inoculated with putative endophytic bacterial culture. With the presence of this bacterium subculture period was extended which means that the plants can protect their vitality for a long time without adding any external additives to the medium and reduce labour, material and energy loss. In this context, this thesis is important in terms of utilization of endophytic bacterium-plant colloboration.