ARTÍCULO CIENTÍFICO
Primer Informe de Bacterias Endofíticas Aisladas de
Senecio glaucus L., Egipto
First Report of Endophytic Bacteria Isolated from
Senecio glaucus L., Egypt
Mohammed Sabry Sultan
mohammedsoltan915@gmail.com
http://orcid.org/0000-0001-7030-7866
Botany
Department, Faculty of Science, Mansoura
University, Mansoura,
35516, Egypt.
Ashraf Elsayed
http://orcid.org/0000-0003-2122-767X
Botany Department,
Faculty of Science, Mansoura University, Mansoura, 35516, Egypt.
Yasser Ahmed El-Amier
http://orcid.org/0000-0001-8920-8278
Botany
Department, Faculty of Science, Mansoura
University, Mansoura,
35516, Egypt.
Primer
Informe de Bacterias Endofíticas Aisladas de Senecio glaucus L., Egipto
La
Granja. Revista de Ciencias de la Vida, vol. 38, núm. 2, pp. 82-95, 2023
Universidad
Politécnica Salesiana
2023.Universidad
Politécnica Salesiana
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.
Recibido: 15-02-2022
Aceptado: 28-07-2023
Publicado: 01-09-2023
DOI: http://doi.org/10.17163/lgr.n38.2023.06
Resumen
Los microorganismos
están naturalmente asociados con las plantas. El presente experimento se llevó
a cabo para aislar bacterias endófitas de las células internas de raíces,
tallos, hojas y Tejido capitulear de Senecio
glaucus recolectadas en 2 hábitats diversos
(costeros y desérticos) de Egipto. Del aislamiento se obtuvieron un total de 10
bacterias endófitas; la mayor diversidad de endófitos bacterianos se observó en
raíces y hojas de muestras del desierto. Los aislamientos se reconocieron con
base en la morfología, la bioquímica y los genes de la secuencia del ARNr 16S.
Todos estos aislados indican la capacidad de producir enzimas como amilasa,
celulasa, lipasa, catalasa y proteasa en sus descripciones bioquímicas; los
análisis también mostraron una indicación significativa de su potencial para
producir hormonas de crecimiento vegetal; como su capacidad para disolver el
fosfato. En el mundo y en Egipto, somos los primeros en reportar endófitos
bacterianos aislados de Senecio glaucus. Este estudio podría ayudar a determinar el
papel de las bacterias endófitas en hábitats severos, así como sus posibles
aplicaciones en medicina, biorremediación, agricultura e industria.
Palabras clave: Endófitos bacterianos, Bioquímica, 16S rRNA, Senecio, Asteraceae.
Abstract
Microorganisms are naturally associated with plants in several ways. The
study was conducted to isolate bacteria endophytes from the internal cells of
roots, stems, leaves, and capitula of Senecio glaucus collected from 2
diverse (coastal and desert) habitats in Egypt. A total of 10 endophytic
bacteria were obtained from the isolation; the highest diversity of bacterial
endophytes was observed in desert samples roots and leaves. The isolates were
recognized based on morphology, biochemical and 16S rRNA sequence genes. All
isolates indicated the ability for enzyme production as amylase, cellulase,
lipase, catalase, and protease in their biochemical descriptions; analyses also
gave a significant indication of their potential to produce plant growth
hormones, as their ability to dissolve Phosphate. In the world and Egypt, we
are the first to report bacterial endophytes isolated from Senecio glaucus.
This study could aid in determining the role of endophytic bacteria in severe
habitats, as well as their potential applications in medicine, bioremediation,
agriculture, and industry.
Keywords: Bacterial endophytes, Biochemical, 16S rRNA, Senecio, Asteraceae.
Forma sugerida de citar: Sabry
Sultan, M., Elsayed, A. y
Ahmed El-Amier, Y. (2023). Primer informe de
bacterias endofíticas aisladas de Senecio glaucus L., Egipto. La Granja: Revista de Ciencias de la
Vida. Vol. 38(2):82-95. http://doi.org/10.17163/lgr.n38.2023.06.
1 Introducción
La definición de un
endófito sigue siendo un tema debatible hoy en día. Se dice que las bacterias
que se aíslan de los tejidos internos de la planta y que no causan ningún daño
a su huésped se clasifican como endófitas. Otras descripciones indican que la
ocupación bacteriana ocurre en los tejidos internos de la planta. El altruismo,
el comensalismo, la simbiosis o la pasividad a la patogenicidad se han utilizado
para describir esta interacción endófita única del huésped; por lo tanto, en
las relaciones específicas involucradas, la colonización interna de las plantas
por bacterias constituye un nicho ecológico vasto y, sin embargo, poco
investigado (Kobayashi y Palumbo, 2000; Hallmann y col., 1997). La diversidad bacteriana que se ha
descrito como endófitos abarca una variedad de importantes bacterias Gram
negativas y Gram positivas que contienen géneros de alfa, beta y
gamma-proteobacterias, bacteroidetes, actinobacterias y firmicutes
(Bacon e Hinton, 2007; Lodewyckx y col., 2002).
Casi 1250 especies de Senecio están ampliamente distribuidas y comprenden unas 6
especies que se encuentran en Egipto, entre ellas S. glaucus,
S. flavus, S. aegyptius, S.
Vulgaris, S. hoggariensis
y S. belbeysius. Este género es importante por
sus propiedades farmacológicas, botánicas y toxicológicas (Singh, Satish y Manisha, 2017; Nori-Shargh, Raftari y Deyhimi, 2008). Un
estudio sobre el examen fitoquímico de los extractos de Senecio
reveló propiedades antioxidantes, antimicrobianas, citotóxicas (Tundis y col., 2009), antiinflamatorias, insecticidas y
antivirales (Sultan, Elsayed
y El-Amir, 2022; El- Amier, Abdelghany
y Abed Zaid, 2014; Joshi, Sah y Mishra, 2013; Kahriman y col., 2011).
Las especies de Senecio que habitan en las llanuras arenosas y en las
cuevas del desierto se utilizan como sedante del sistema nervioso central,
diurético y emético en Egipto (Eissa y col., 2014). Senecio glaucus L.
(Morrar) es una hierba anual que crece en Egipto y
tiene dos subespecies S. glaucus subsp. coronopifloius (Maire)
C. Alexander. Subsp. Coronopifloius
y S. glaucus L. subsp.
glaucus que crecen en áreas desérticas,
suelos salinos, arenas costeras y bordes de cultivo y en Egipto el más
común es subsp. glaucus
Boulos2002. Los endófitos pueden beneficiar a las plantas
indirectamente al mejorar las infecciones del herbívoro o la resistencia
al estrés, o por otros procesos que aún no se conocen (Schulz y
Boyle, 2005). En varios estudios se ha encontrado que los endófitos
pueden proteger a sus huéspedes de la sequía (Clay
y Schardl, 2002).
Según Waller y col.
(2005), las plantas infectadas con endófitos mostraron tolerancia a la sal y a
la temperatura. Los endófitos actúan como desencadenantes biológicos para
estimular la respuesta al estrés de forma más rápida que las plantas no
simbióticas, promoviendo el crecimiento de las plantas y protegiéndolas para
reducir enfermedades de insectos y plagas, según Redman
y col. (2002).
Las bacterias endófitas
pueden solubilizar el fosfato y proporcionar nitrógeno asimilable a las plantas
(Rosenblueth y Martínez-Romero, 2006). Además, las interacciones entre plantas
y bacterias endófitas pueden ayudar en los procesos de restauración de
ecosistemas, protegiendo a las plantas del estrés biótico y abiótico y
promoviendo la producción de metabolitos secundarios importantes (Mowafy y col., 2021; Cheng y col., 2019; Müller y col., 2015;
Alavi y col., 2013).
El trasfondo genético
de las especies de hospederos vegetales, la idoneidad, los nutrientes y los nichos
ecológicos (Jia y col., 2016), las circunstancias ambientales, los genotipos de
los hospederos, las especies bacterianas (Chebotar y
col., 2015), y la etapa de desarrollo del hospedero y la densidad del inóculo (Dudeja y Giri, 2014), tienen un
impacto significativo en la población de bacterias endófitas.
Se descubrieron
algunas bacterias resistentes al frío en las raíces y las hojas de Senecio vulgaris y
se definieron como unidades taxonómicas operativas bacterianas básicas y se
informó de que tenían un fuerte efecto antibacteriano aparente y la capacidad de
sobrevivir en ambientes extremadamente bajos, secos y contaminados con rayos UV
(Gaspard y Rice, 1989; Koo y col., 2016; Vishnivetskaya, Kathariou y Tiedje, 2009).
Los endófitos son
ventajosos para S. vulgaris (Cheng y col.,
2019; Singh y col., 2016), y su aplicación al arroz resultó en una reducción de
la acumulación de arsénico y la generación de IAA, lo que ayuda en la promoción
del crecimiento; la resistencia a metales pesados, particularmente la
tolerancia al cadmio; la capacidad de fijación de nitrógeno (Purchase, Miles y Young, 1997); y la promoción del crecimiento
de plantas de maíz y lechuga (Gamel y col., 2017; Chabot, Antoun y Cescas, 1996).
Debido a su larga
historia de uso en la medicina tradicional y la selección en una variedad de hábitats
climáticos, edáficos y bióticos en lugares geográficamente diferentes, S. glaucus presenta una gran diversidad. Se informó de que
existen entre 102 y 104 poblaciones de bacterias endófitas por gramo de tejido
vegetal (Kobayashi y Palumbo, 2000). Este estudio
tiene como objetivo evaluar la variedad de comunidades de endófitos bacterianos
aisladosde S. glaucus
en dos hábitats diferentes en Egipto: Ciudad Gamasa
(costa mediterránea) y Wadi Araba (desierto
oriental).
2 Materiales
y Métodos
2.1
Recolección
del material vegetal
Se
tomaron al azar plantas enteras sanas de S. glaucus
en las fases de floración de dos localidades separadas: Wadi
Araba (Desierto Oriental, 29°4’23.72˝N32°25’38.49˝E) y Ciudad Gamesa
(costa mediterránea, 31°26’58.78˝N 31°28’36.14˝E) para el aislamiento
de endófitos bacterianos. Las muestras se envasaron en bolsas de plástico
limpias y se transportaron al Laboratorio de Microbiología para su posterior análisis,
como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. a) Vistas generales de S. glaucus, y b) Vistas en primer plano de S. glaucus en el área de estudio.
2.2
Aislamiento
y purificación de los endófitos
El
aislamiento y purificación de los endófitos se realizó de acuerdo con el
procedimiento de Bacon e Hinton (2002) utilizando medio de agar LB (1,25 g de
extracto de levadura; 2,5 g de peptona; 2,5 g de cloruro de sodio; 3,75 g de
agar y 250 ml de agua destilada). Las muestras de plantas se lavaron primero
bajo el agua del grifo y luego se separaron en 4 partes, que incluyen raíz,
tallo, hoja y cápsula, y luego se esterilizaron en la superficie (Geris dos Santos y col., 2003).
La
esterilización superficial se logró enjuagando las partes de la planta con
etanol (C2H5OH) al 70% durante 30 segundos, luego
hipoclorito de sodio (NaOCl) al 0,5% durante 2-3
minutos y finalmente agua destilada estéril (Dil.H2O) durante 10
minutos (2-3 veces). Después de esto, se secaron los pliegues del material
vegetal usando papeles filtrantes estériles.
Con
un bisturí esterilizado en llama se retiraron los extremos cortados de los
segmentos esterilizados en la superficie y se colocaron en medios de agar LB
apropiados, con la superficie cortada tocando el agar. Las máximas colonias
posibles de endófitos bacterianos se determinaron mediante la incubación de
placas a 35 °C durante 48 horas.
2.3
Caracterización
de bacterias endófitas
2.3.1 Caracterización
morfológica
Aneja
y col. (2006) y Cappuccino y Sherman (1992) utilizaron el procedimiento de
tinción de gram estándar para determinar la forma
celular, el color de la colonia y la textura y para definir los aislamientos y
establecer la morfología de las células bacterianas.
2.3.2 Caracterización
bioquímica
Las
cepas bacterianas endófitas seleccionadas se caracterizaron bioquímicamente
mediante métodos estándar como la prueba de amilasa, la prueba de catalasa, la
prueba de lipasa, la prueba de celulasa, la prueba de proteasa, la prueba de
nitrato reductasa y la prueba de indol; y se caracterizaron mediante métodos
estándar como la prueba de solubilización de fosfato, la prueba de producción
de indol, la prueba de producción de ácidos de giberelina y la prueba de
producción de sulfuro de hidrógeno (Cappuccino y Sherman, 1992).
2.3.3 Secuenciación
del gen 16S rRNA
Las
bacterias aisladas se identificaron molecularmente utilizando la metodología MicroSeq® 500 16SrRNA Bacterial Identification Kits. Las reacciones de secuenciación se
llevaron a cabo en los termocicladores 9700 con un volumen total de 20 l
(producto de PCR purificado de 7 l y módulo de secuenciación de 13 l) ajustando
el termociclador a 96 °C durante 10 segundos, 50 °C durante 5 segundos y 60 °C
durante 4 segundos (25 ciclos). El kit de centrifugado Dye
ExTM 2.0 se utilizó para eliminar el exceso de
terminadores de colorantes y cebadores de la reacción de secuenciación del
ciclo (Qiagen PN 63204). Para el análisis de las
secuencias se utilizó el software Finch TV (versión
1.4.0) y MEGA-X (versión 10.2.5), y el software Seaview
para la creación de árboles filogenéticos utilizando las secuencias de los
tipos de cepas publicadas más recientemente. Las secuencias de los aislamientos
obtenidas en esta investigación fueron sometidas a la base de datos GeneBank del NCBI.
2.4
Análisis
Estadístico
Los
ensayos se realizaron por triplicado, calculándose la desviación media estándar
(DMS).
3 Resultados
En este estudio se
aislaron 10 bacterias endófitas de diferentes partes de la planta de Senecio glaucus recolectadas
en 2 sitios diferentes (4 aislamientos de la planta costera mediterránea y 6
aislamientos de la planta del desierto) en medio L.B agar bajo condiciones
asépticas y de acuerdo con la diferencia morfológicas mostrada en las figuras 2
y 3, y con los códigos (SGC-R, SGC-S, SGC-L, SGC-C) para las muestras costeras
y (SGD-R, SGD-S, SGD-L, SGD-C) para las muestras del desierto.
Figura
2. Endófitos bacterianos aislados de S. glaucus
SGC-R: Senecio glaucus
costera, SGC-S: -tallo, SGC-L: -Hoja y SGC-C: -Capitula; SGD-R: S. glaucus del desierto, SGD-S: -tallo, SGD-L: -Hoja y
SGD-C: - Tejido capitulear.
Figura
3. Número de bacterias endófitas aisladas de diferentes
tejidos de la planta medicinal S. glaucus
recolectadas en hábitats costeros y desérticos.
Los aislamientos
bacterianos se caracterizaron morfológicamente de acuerdo con la forma de la
colonia, margen, elevación, textura y pigmentación como se muestra en la Tabla
1, y se analizaron microscópicamente de acuerdo con la forma de la célula,
donde cabe mencionar que todos los aislamientos tuvieron una forma de varilla y
coloración de Gram. La muestra costera mostró 3 cepas Gram positivas y 1 cepa
Gram negativas; por otra parte, la muestra del desierto mostró 3 cepas Gram
positivas y 3 cepas Gram negativas (Tabla 2).
Tabla
1. Características morfológicas de colonias de bacterias
endófitas aisladas de diferentes tejidos de la planta medicinal S. glaucus recolectadas en hábitats costeros y desérticos
en Egipto.