Оценка фитопатогенного фона ризосферной зоны некоторых представителей рода Allium L. на аллювиальных луговых почвах Замоскворецкой поймы

   Актуальность. Почвенные патогены могут нанести серьезный ущерб растениям, привести к потерям урожая. Формирование микробных сообществ в ризосфере обусловлено выбором растений-хозяев, Микробиота, ее состав, активность во многом определяются сложной системой микробно-растительного взаимодействия, где индивидуальные особенности растений, их корневые выделения, играют главную роль в формировании патогенного пула. До настоящего времени ризосфера культур Allium в значительной степени не изучена, поэтому исследования в области изучения микробного разнообразия при выращивании различных видов и сортов данного вида важны для выявления устойчивых и получения материала для дальнейших генетических исследований по поиску генов устойчивости к различным болезням.

  Объекты и методы. Исследование проводили во ВНИИО – филиал ФГБНУ ФНЦО. Изучено 13 видов рода Allium, из коллекции ВНИИО. Оценку фитопатогенного фона ризосферной зоны при выращивании луков осуществляли в середине вегетации с использованием методов почвенной микробиологии.

   Результаты. Из исследованных 13 видов Allium только под А. galanthum отсутствовал фон патогенных микромицетов, поэтому вид может быть перспективным для поиска генов устойчивости к данной группе почвенных патогенов. A. galanthum является значимым дикорастущим съедобным видом растений, который играет важную роль в продовольственной безопасности и разведении лука репчатого (A. cepa). А.schoenoprasum, А.altyncolicum и А.sibphorpianum показали высокий уровень устойчивости к бактериальным инфекциям, что может быть
важно для поиска соответствующих генов устойчивости. Наибольшее по численности и биоразнообразию патогенной микробиоты отличалась зона ризосферы под луками А. fistulosum, А. pskemense, А. tuberosum. В технологиях их возделывания должны быть предусмотрены усиленные меры по защите от болезней, включающим обработку (дезинфекцию) семян, почвы и вегетирующих растений.

   Заключение. A. galanthum может быть перспективен для поиска генов устойчивости к грибным болезням лука. А. schoenoprasum, А. altyncolicum и А. sibphorpianum устойчивы к бактериальным инфекциям, что также может быть использовано для поиска соответствующих генов устойчивости. Виды А. fistulosum, А. pskemense, А. tuberosum отличались наибольшим разнообразием патогенной микробиоты в ризосфере и наименьшей устойчивостью к болезням.

1. Olanrewaju O.S., Ayangbenro A.S., Glick B.R., Babalola O.O., Ayangbenro A. Plant health: Feedback effect of root exudates-rhizobiome interactions. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2019;(103): 1155–1166. doi: 10.1007/s00253-018-9556-6

2. Venturi V., Keel C. Signaling in the rhizosphere. Trends Plant Sci. 2016;(21):187–198. doi: 10.1016/j.tplants.2016.01.005

3. Bulgarelli D., Schlaeppi K., Spaepen S., Ver Loren van Themaat E., Schulze-Lefert P. Structure and function of bacterial microbiota of plants. Annu. Rev. Plant Biol. 2013;(64):807–838. doi: 10.1146/annurev-arplant-050312-120106

4. Jacoby R., Peukert M., Succurro A., Koprivova A., Kopriva S. The role of soil microorganisms in plant mineral nutrition—current knowledge and future directions. Front Plant Sci. 2017;(8):1617. doi: 10.3389/fpls.2017.01617

5. Reinhold-Hurek B., Bunger W., Burbano C.S., Sabale M., Hurek T. Roots shaping their microbiome: global hotspots for microbial activity. Annu Rev Phytopathol. 2015;53(1):403–24. doi: 10.1146/annurev-phyto-082712-102342

6. Agler M.T., Ruhe J., Kroll S., Morhenn C., Kim S.T., Weigel D. Microbial hub taxa link host and abiotic factors to plant microbiome variation. PLoS Biol. 2016;14(1):e1002352. doi: 10.1371/journal.pbio.1002352

7. Schlaeppi K., Dombrowski N., Oter R.G., Van Themaat E.V.L., Schulze-Lefert P. Quantitative divergence of the bacterial root microbiota in Arabidopsis thaliana relatives. Proc Natl Acad Sci USA. 2014;111(2):585–592. doi: 10.1073/pnas.1321597111

8. Zgadzaj R., Garrido-Oter R., Jensen D.B., Koprivova A., Schulze-Lefert P., Radutoiu S. Root nodule symbiosis in Lotus japonicus drives the establishment of distinctive rhizosphere, root, and nodule bacterial communities. Proc Natl Acad Sci USA. 2016;113(49):E7996–8005. doi: 10.1073/pnas.1616564113

9. Tkacz A., Cheema J., Chandra G., Grant A., Poole P.S. Stability and succession of the rhizosphere microbiota depends upon plant type and soil composition. ISME J. 2015;9(11):2349–59. doi: 10.1038/ismej.2015.41

10. Chaparro J.M., Badri D.V., Vivanco J.M. Rhizosphere microbiome assemblage is affected by plant development. ISME J. 2014;8(4):790–803. doi: 10.1038/ismej.2013.196

11. Broeckling C.D., Broz A.K., Bergelson J., Manter D.K., Vivanco J.M. Root exudates regulate soil fungal community composition and diversity. Appl Environ Microbiol. 2008;74(3):738–744.

12. Lareen A., Burton F., Schäfer P. Plant root-microbe communication in shaping root microbiomes. Plant Mol Biol. 2016;90(6):575–587. doi: 10.1007/s11103-015-0417-8

13. Xue C., Penton C.R., Shen Z., Zhang R., Huang Q., Li R. Manipulating the banana rhizosphere microbiome for biological control of Panama disease. Sci Rep. 2015;5(1):11124. doi: 10.1038/srep11124

14. Raaijmakers J.M., Mazzola M. Soil immune responses. Science. 2016;352(6292):1392–3. doi: 10.1126/science.aaf3252

15. Yin C., Casa Vargas J.M., Schlatter D.C. Rhizosphere community selection reveals bacteria associated with reduced root disease. Microbiome. 2021;(9):86. doi: 10.1186/s40168-020-00997-5

16. Verma J.P., Jaiswal D.K., Krishna R., Prakash S., Yadav J., Singh V. Characterization and screening of thermophilic Bacillus strains for developing plant growth promoting consortium from hot spring of Leh and Ladakh Region of India. Frontiers in Microbiology. 2018;(9):1293. doi: 10.3389/fmicb.2018.01293

17. Krishna R., Ansari W.A., Verma J.P., Singh M. Modern molecular and omics tools for understanding the plant growth-promoting rhizobacteria. In: Role of plant growth promoting microorganisms in sustainable agriculture and nanotechnology. Cambridge: Woodhead Publishing. 2019. P. 39-53.

18. Yurgel S.N., Abbey L., Loomer N., Gillis-Madden R., Mammoliti M. Microbial communities associated with storage onion. Phytobiomes. 2018;2(1):35-41. doi: 10.1094/PBIOMES-12-17-0052-R

19. Knerr A.J.N., Wheeler D., Schlatter D., Sharma-Poudyal D., du Toit L.J., Paulitz T.C. Arbuscular mycorrhizal fungal communities in organic and conventional onion crops in the Columbia Basin of the Pacific Northwest United States. Phytobiomes Journal. 2018;2(4):194-207.

20. Qiu Z., Li N., Lu X., Zheng Z., Zhang M., Qiao X. Characterization of microbial community structure and metabolic potential using Illumina MiSeq platform during the black garlic processing. Food Research International. 2018;(106):428-438. doi: 10.1016/j.foodres.2017.12.081

21. Huang Y.H. Comparison of rhizosphere and endophytic microbial communities of Chinese leek through high-throughput 16S rRNA gene Illumina sequencing. Journal of Integrative Agriculture. 2018;17(2):359-367. doi: 10.1016/S2095-3119(17)61731-3

22. Matthews A., Pierce S., Raymond B. Rhizobacterial community assembly patterns vary between crop species. Frontiers in Microbiology. 2019;(10):581. doi: 10.3389/fmicb.2019.00581

23. Chen S., Zhou X., Yu H., Wu F. Root exudates of potato onion are involved in the suppression of clubroot in a Chinese cabbagepotato onion-Chinese cabbage crop rotation. European Journal of Plant Pathology. 2018;150(3):765-777. doi: 10.1007/s10658-017-1307-5

24. Nishioka T., Marian M., Kobayashi I., Kobayashi Y., Yamamoto K., Tamaki H., Suga H., Shimizu M. Microbial basis of Fusarium wilt suppression by Allium cultivation. Scientific Reports. 2019;9(1):1715. doi: 10.1038/s41598-018-37559-7

25. Abdelrahman M., Elayed M., Sato S., Hirakawa H., Ito S.I., Tanaka K., Shigyo M. RNA-sequencing-based transcriptome and biochemical analyses of steroidal saponin pathway in a complete set of Allium fistulosum – A. cepa monosomic addition lines. PLOS ONE. 2017;12(8):e0181784. doi: 10.1371/journal.pone.0181784

26. Методы почвенной микробиологии и биохимии. (Под редакцией Д.Г. Звягинцева). М.: Изд-во МГУ. 1991. 302 с.

27. Зенова Г.М., Кураков А.В. Методы определения структуры комплексов почвенных актиномицетов и грибов. М. Изд-во МГУ. 1988. 53 с.

28. Зенова Г.М., Степанов А.Л., Лихачева А.А., Манучарова Н.А. Практикум по биологии почв. М.: Изд-во МГУ, 2002. 120 с.

29. Теппер Е.З., Шильниковg В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.: Дрофа, 2004. 256 с.

30. Определитель бактерий Берджи. В 2-х томах. Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. М.: Мир, 1997. Т. 1. 432 с.; Т. 2. 368 с.

31. Литвинов М.А. Определитель микроскопических почвенных грибов. М: Наука, 1967. 310 с.

32. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. 282 с.

33. Al-Khayri J.M., Jain S.M., Johnson D.V. (Eds.), Advances in Plant Breeding strategies: Vegetable crops: Volume 8: bulbs, Roots and Tubers, Springer International Publishing, Cham. 2021.

34. Manjunathagowda D.C., Muthukumar P., Gopal J., Prakash M., Bommesh J.C., Nagesh G.C., Megharaj K.C., Manjesh G.N., Anjanappa M. Male sterility in onion (Allium cepa L.): origin: origin, evolutionary status, and their prospectus. Genet. Resour. Crop Evol. 2021;(68):421-439. doi: 10.1007/s10722-020-01077-1

35. Ochar K., Kim S.-H. Conservation and global distribution of onion (Allium cepa L.) germplasm for agricultural sustainability. Plants. 2023;(12):3294. doi: 10.3390/plants12183294

36. Yamashita K., Takatori Y., Tashiro Y. Chromosomal location of a pollen fertility-restoring gene, rf, for CMS in Japanese bunching onion (Allium fistulosum L.) possessing the cytoplasm of A. galanthum Kar. et Kir. revealed by genomic in situ hybridization. Theoretical and Applied Genetics. 2005;(111):15-22. doi: 10.1007/s00122-005-1941-8

37. Scholten O.E., Van Kaauwen M.P.W., Shahin A., Hendrickx P.M., Keizer L.C.P., Burger K., Van Heusden A.W., Van Der Linden C.G., Vosman B. SNP-markers in Allium species to facilitate introgression breeding in onion. BMC Plant Biol. 2016;(16):187. doi: 10.1186/s12870-016-0879-0

38. Иванова М.И., Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н., Бухарова А.Р., Кашлева А.И., Середин Т.М., Разин О.А. Биохимический состав листьев видов Allium L. в условиях Московской области // Достижения науки и техники АПК. 2019;33(5):47-50. doi: 10.24411/0235-2451-2019-10511 https://elibrary.ru/zndocx

39. Kadyrbayeva G., Zagórska J., Grzegorczyk A., Gaweł-Bęben K., Strzępek-Gomółka M., Ludwiczuk A., Czech K., Kumar M., Koch W., Malm A., Głowniak K., Sakipova Z., Kukula-Koch W. The Phenolic Compounds Profile and Cosmeceutical Significance of Two Kazakh Species of Onions: Allium galanthum and A. turkestanicum. Molecules. 2021;(26):5491. doi: 10.3390/molecules26185491

40. Wu J., Liu D., Wariss H.M., Zhang H., Su M., Li W., Han Z. Genetic diversity and construction of core collection provides new insight for the conservation of edible Allium galanthum in Xinjiang. Scientia Horticulturae. 2025;(341):113961.

41. Пережогина В.В. и др. Изучение и поддержание в живом виде мировой коллекции лука и чеснока : методические указания. Санкт-Петербург: ВИР, 2005. 109 с. https://elibrary.ru/oufnwh