Biological Activity and Composition of Metabolites of Potential Agricultural Application from  Streptomyces carpaticus  K-11 RCAM04697 (SCPM-O-B-9993)

Yu. V. Bataeva; Батаева Ю. В.; L. N. Grigoryan; Григорян Л. Н.; A. G. Bogun; Богун А. Г.; A. A. Kislichkina; Кисличкина А. А.; M. E. Platonov; Платонов М. Е.; E. A. Kurashov; Курашов Е. А.; J. V. Krylova; Крылова Ю. В.; A. G. Fedorenko; Федоренко А. Г.; M. P. Andreeva; Андреева М. П.

doi:10.31857/S0026365622600730

Biological Activity and Composition of Metabolites of Potential Agricultural Application from Streptomyces carpaticus K-11 RCAM04697 (SCPM-O-B-9993)

Authors: Bataeva Y.V.¹, Grigoryan L.N.¹, Bogun A.G.², Kislichkina A.A.², Platonov M.E.², Kurashov E.A.³, Krylova J.V.⁴, Fedorenko A.G.⁵, Andreeva M.P.¹
Affiliations:
1. Tatishchev Astrakhan State University
2. State Scientific Center of Applied Microbiology and Biotechnology, Rospotrebnadzor
3. Institute of Limnology, a Separate Subdivision of the St. Petersburg Federal Research Center, Russian Academy of Sciences
4. Saint-Petersburg Branch of the All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography (L.S. Berg GosNIORKh)
5. Southern Federal University
Issue: Vol 92, No 3 (2023)
Pages: 318-328
Section: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
URL: https://journals.rcsi.science/0026-3656/article/view/138224
DOI: https://doi.org/10.31857/S0026365622600730
EDN: https://elibrary.ru/FVXVYA
ID: 138224

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Abstract—

Strain K-11 was isolated from the highly saline brown semi-desert soil of the Astrakhan region. Based on analysis of the 16S rRNA gene sequence, this strain was identified as Streptomyces carpaticus K-11 RCAM04697 (SCPM-O-B-9993). Whole genome sequencing of the strain was performed. Phytotoxicity, antiviral, antioxidant, antifungal, and insecticidal activities of the strain were studied. All extracts and suspensions of S. carpaticus strain RCAM04697 had plant-stimulating activity. Antiviral properties was exhibited as suppression of development and propagation of viral pathogens in laboratory conditions: Tomato Mosaic Virus (ToMV) – 26.3%, Cucumber Mosaic Virus (CMV) – 33.8%, Y-Potato Virus (YVK) (Potato Y potyvirus, PVY) – 51.3%, Potato X-Virus (PVX) (Potato X potyvirus, PVX) – 41.3%. The highest antioxidant activity was shown by a suspension of S. carpaticus strain RCAM04697 (88.8%) and its aqueous-alcoholic (20 : 80) extract (76.0%). The strain inhibited growth of the phytopathogenic fungus Fusarium sporotrichioides to varying degrees. The insecticidal activity against Aphis fabae after 6 h of treatment was 100% in the variants with suspension treatment, water-alcohol (80 : 20, 50 : 50), methanol, and hexane extracts. The metabolites of the S. carpaticus RCAM04697 strain included flavonoids, alkaloids, glycosides, organic acids (isocitric, acetic, fumaric, lactic, pyruvic, and malic), alcohols, aldehydes, hydrocarbons, ethers, sulfur-containing compounds, and other groups of low-molecular weight organic compounds.

Keywords

streptomycetes, Streptomyces, actinobacteria, antioxidant activity, antifungal activity, antiviral activity, metabolites, extract, mass spectrometry

References

Анисимова О.С. Streptomyces loidensis и Streptomyces herbaricolor: биологическое обоснование использования вторичных метаболитов для создания новых инсектоакарицидных биопрепаратов. Автореферат дис. … канд. биол. наук, 24.07.2008. Санкт-Петербург: Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений, 2008. 19 с.
Батаева Ю.В., Григорян Л.Н., Курашов Е.А., Крылова Ю.В., Федорова Е.В., Явид Е.Я., Ходонович В.В., Яковлева Л.В. Изучение метаболитов Streptomyces carpaticus RCAM04697 для создания экологически безопасных средств защиты растений // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 3. С. 172‒178. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-3-172-178
Бурцева С.А., Пойрас Н.А., Бырса М.Н., Пойрас Л.Н. Эффект предпосевной обработки семян томатов метаболитами стрептомицетов почв Молдовы // Материалы II Всеросс. научно-практ. конф. с межд. участием “Биоразнообразие и рациональное использование природных ресурсов”. Махачкала, 2014. С. 213–216.
Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А., Терехова Л.П., Максимова Т.С. Определитель актиномицетов. Роды Streptomyces, Streptoverticilium, Chainia. М.: Наука, 1983. 248 с.
Григорян Л.Н., Батаева Ю.В., Шляхов В.А. Влияние штамма бактерий Streptomyces carpaticus RCAM04697 на фитостимуляцию, фитовирусы томата и насекомых-вредителей в лабораторных условиях // Естественные и технические науки. 2020. № 6(144). С. 58‒61.
Домрачева Л.И., Скугорева С.Г., Стариков П.А., Горностаева Е.А., Ашихмина Т.Я. Микробы-антагонисты против фитопатогенных бактерий и грибов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2022. № 2. С. 6‒14.
Domracheva L.I., Skugoreva S.G., Starikov P.A., Gornostaeva E.A., Ashikhmina T.Ya. Microbes-antagonists against of phytopathogenic bacteria and fungi (review) // Theoretical and Applied Ecology. 2022. № 2. P. 6‒14. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-2-006-014
Егорова А.М., Тарчевский И.А. Праймин-сигнальная функция антибиотиков, продуцируемых стрептомицетами // Экобиотех. 2019. Т. 2. № 4. С. 504‒509. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2019-2-4-504-509
Методы общей бактериологии / Под ред. Герхардт Ф.М. М.: Мир, 1984. Т. 1‒3.
Патент РФ № 2156301. 2000. Штамм актиномицета Streptomyces avermitilis ССМ 4697 – продуцент авермектинов.
Патент РФ № 2226214. 2004. Штамм актиномицета Streptomyces chrysomallus Р-21 для получения биопрепарата полифункционального действия.
Патент РФ № 2243259. 2002. Штамм актиномицета Streptomyces hygroscopicus subsp. ЦКМ В-4561, обладающий фунгицидными, бактерицидными и инсектицидными свойствами.
Патент РФ № 2695157. 2019. Штамм Streptomyces carpaticus для защиты от насекомых-вредителей, грибных, вирусных болезней и стимуляции роста томатов.
Поляк Ю.М., Сухаревич В.И. Выделение почвенных стрептомицетов – продуцентов комплексных антибиотиков // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2017. Т. 13. С. 18–24.
Рыжкова Е.П., Данилова И.В., Шамрайчук И.Л., Кураков А.В., Нетрусов А.И. Антифунгальная активность штамма Propionibacterium freudenreichiiи представителей рода Lactobacillus // Микология и фитопатология. 2018. Т. 52. С. 144‒149.
Ryzhkova E.P., Danilova I.V., Shamraichuk I.L., Kurakov A.V., Netrusov A.I. Antifungal activity of Propionibacterium freudenreichii and several Lactobacillus species // Mycology and Phytopathology. 2018. V. 52. P. 144‒149.
Толкачева Н.В., Комаровская-Порохнявец Е.З., Новиков В.П. Биологическая активность стероидных гликозидов, выделенных из луковиц Allium cyrillii ten. (Alliaceae) // Фармация и фармакология. 2014. № 6(7). С. 29‒32.
Tolkachova N.V., Komarovskaya-Porokhnyavets E.Z., Novikov V.P. Biological activity of steroid glycosides from bulbs of Allium cyrillii ten. (Alliaceae) // Pharmacy and Pharmacology. 2014. № 6(7). P. 29‒32. https://doi.org/10.19163/2307-9266-2014-2-6(7)-29-32
Чулуун Б., Сапармырадов А., Алимова Ф.К., Миндубаев А.З. Сравнение показателей фитотоксичности, фунгицидной и бактерицидной активности стрептомицетов из различных местообитаний // Бутлеровские сообщения. 2014. Т. 38. № 6. С. 147‒152.
Широких И.Г., Бакулина А.В., Назарова Я.И., Широких А.А., Козлова Л.М. Влияние Streptomyces castelarensis А4 на заболеваемость и урожайность зерновых культур полевого севооборота // Микология и фитопатология. 2020. Т. 54. С. 59‒66.
Shirokikh I.G., Bakulina A.V., Nazarova Ya.I., Shirokikh A.A., Kozlova L.M. The influence of Streptomyces castelarensis A4 on the incidence and yield of grain crops of field crop rotation // Mycology and Phytopathology. 2020. V. 54. P. 59‒66. https://doi.org/10.31857/S0026364820010080
Cho J.Y., Kim M.S. Antibacterial benzaldehydes produced by seaweed-derived Streptomyces atrovirens PK288-21 // Fisheries Science. 2012. V. 78. P. 1065–1073. https://doi.org/10.1007/s12562-012-0531-3
Cushnie T., Cushnie B., Lamb A.J. Alkaloids: An overview of their antibacterial, antibiotic-enhancing and antivirulence activities // Int. J. Antimicrob. Agents. 2014. V. 44. P. 377‒386. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2014.06.001
Grigoryan L.N., Bataeva Y.V., Andreeva E.D., Zakar’yaeva D.Kh., Turaeva Z.O., Antonova S.V. Study of the component structure of the metabolites of bacteria Nocardiopsis umidischolae in the search for eco-friendly plant protection agents // Russ. J. Gen. Chem. 2020. V. 90. P. 2531–2541. https://doi.org/10.1134/S1070363220130010
Karak P. Biological activities of flavonoids: an overview // Int. J. Pharm. Sci. Res. 2019. V. 10. P. 1567‒1574. https://doi.org/10.13040/IJPSR.0975-8232.10(4).1567-74
Karrouchi K., Radi S., Ramli Y., Taoufik J., Mabkhot Y.N., Al-aizari F.A. Synthesis and pharmacological activities of pyrazole derivatives // Molecules. 2018. V. 23. Art. 134. P. 1‒85. https://doi.org/10.3390/molecules23010134
Korkmaz M.O., Erturk D. Gurel insecticidal activity of some strains of streptomycetes isolated from the soil against larvae and adults of the Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata) // Turkey: Bitki Koruma Bul. 2015. V. 55. P. 73–84. https://doi.org/10.3923/jm.2017.218.228
Kurashov E.A., Fedorova E.V., Krylova J.V., Mitrukova G.G. Assessment of the potential biological activity of low molecular weight metabolites of freshwater macrophytes with QSAR // Scientifica. 2016. V. 2016. Art. 1205680. https://doi.org/10.1155/2016/1205680
Manucharova N.A., Trosheva E.V., Kol’tsova E.M., Demkina E.V., Karaevskaya E.V., Rivkina E.M., Mardanov A.V., El’-Registan G.I. Characterization of the structure of the prokaryotic complex of antarctic permafrost by molecular genetic techniques // Microbiology (Moscow). 2016. V. 85. P. 102‒108. https://doi.org/10.7868/S0026365616010055
Pacios-Michelena S., Aguilar González C.N., Alvarez-Perez O.B., Rodriguez-Herrera R., Chávez-González M., Arredondo Valdés R., Ascacio Valdés J.A., Govea Salas M., Ilyina A. Application of Streptomyces antimicrobial compounds for the control of phytopathogens // Front. Sustain. Food Syst. 2021. V. 5. Art. 696518. https://doi.org/10.3389/fsufs.2021.696518
Pylro V.S., Dias A.C.F., Andreote C.C.F., Andreote F.D., Mello D.E., Varani A., Figueiredo D.E., Ribeiro I.A., Kitano I.T., Almeida D.E., Bernardo E.R. Draft genomic sequences of Streptomyces misionensis ACT66 and Streptomyces albidoflavus act77, bacteria with potential application for phytopathogen biocontrol // Microbiol. Resour. Announc. 2019. V. 8. № 36. P. 118‒125. https://doi.org/10.1128/MRA.00949-19
Remya S., Sivaraman G.K., Joseph T.C., Parmar E., Sreelakshmi K.R., Mohan C.O., Ravishankar C.N. Influence of corn starch based bio-active edible coating containing fumaric acid on the lipid quality and microbial shelf life of silver pomfret fish steaks stored at 4°C // J. Food Sci. Technol. 2022. V. 59. P. 3387‒3398. https://doi.org/10.1007/s13197-021-05322-y
Řezanka T., Spížek Přikrylová J., Prell A., Dembitsky V.M. Five new derivatives of nonactic and homo-nonactic acids from Streptomyces globisporus // Tetrahedron. 2004. V. 60. P. 4781–4787. https://doi.org/10.1016/J.TET.2004.04.006
Zinn M.-K., Bockmühl D. Did granny know best? Evaluating the antibacterial, antifungal and antiviral efficacy of acetic acid for home care procedures // BMC Microbiology. 2020. V. 20. Art. 265. P. 1‒9.