توصيفگر ها :
ريزوباكتريهاي محرك رشد گياه , جنس Bacillus , شناسايي مولكولي , آغازگرهاي اختصاصي , تحليل فيلوژنتيك , 23S rRNA , 16S rRNA
چكيده فارسي :
ريزوباكتريهاي محرك رشد گياه (PGPR) به عنوان عوامل زيستي كليدي در كشاورزي پايدار، نقش محوري در افزايش جذب مواد مغذي، توليد فيتوهورمونها، سركوب پاتوژنها و القاي مقاومت سيستميك ايفا ميكنند. اين پژوهش با هدف شناسايي مولكولي گونههاي منتخب جنس Bacillus شامل B. amyloliquefaciens، B. megaterium و B. pumilus از خاك ريزوسفر گياه گلرنگ (Carthamus tinctorius L.) تيمارشده با باكتري هاي مذكور، انجام شد. توالي ژنهاي 16S rRNA و 23S rRNA از پايگاه NCBI دريافت شد و پس از همترازسازي با نرمافزار MEGA11 و الگوريتم ClustalW، آغازگرهاي اختصاصي گونهمحور BA23، BM23 و BP23 بر اساس نواحي متغير ژن 23S rRNA طراحي گرديد. اختصاصي بودن آغازگرها با ابزارهاي Oligo7، Oligo Analyzer و Primer-BLAST ارزيابي شد. نمونهبرداري از خاك ريزوسفر در عمق 15-10 سانتيمتري انجام شد و باكتريها با رقيقسازي سريالي و كشت در محيط Nutrient Agar جداسازي شدند. استخراج DNA ژنومي با پروتكل CTAB-فنول-كلروفرم بهينهسازي شد و كيفيت آن با الكتروفورز ژل آگارز %7/0 تأييد شد. واكنش PCR با شيب دمايي 61-51 درجهي سلسيوس براي تعيين دماي اتصال بهينه اجرا شد و در نهايت محصولات با روش Sanger توالييابي گرديدند. تحليل فيلوژنتيك با روش Maximum Likelihood و پارامترهاي حذف جزئي انجام گرفت و گونه P. libanensis به عنوان گروه خارجي استفاده شد. نتايج نشان داد كه آغازگرهاي طراحيشده قطعات مورد انتظار (حدود 600-900 جفتباز) را به صورت اختصاصي تكثير كردند و واكنش متقاطع با DNAهاي غير هدف نداشتند. درخت فيلوژنتيك نزديكي گونههاي B. amyloliquefaciens و B. subtilis را با تشابه بيش از %4/99 نشان داد، در حالي كه فاصله ژنتيكي با P. libanensis بيش از %22 بود. تحليل BLASTn همساني بيش از %99، پوشش %100 و E-value صفر را براي گونههاي هدف تأييد كرد. با اين حال، چالشهايي مانند ناهمخواني در شناسايي B. megaterium به دليل همساني ژنتيكي بالا در كمپلكس گونهاي Bacillus مشاهده شد، كه محدوديتهاي روشهاي مبتني بر rRNA را برجسته ميسازد. اين پژوهش ابزارهاي مولكولي كارآمدي براي شناسايي سريع PGPRها ارائه داد كه پتانسيل كاربرد در توليد كودهاي زيستي و كنترل بيولوژيكي را دارد. يافتهها بر لزوم تركيب نشانگرهاي مكمل مانند gyrB براي غلبه بر محدوديتهاي تاكسونوميك تأكيد ميكنند و پيشنهاد ميشود تحقيقات آينده بر توسعه سيستمهاي Multiplex PCR و ارزيابي تأثير تغييرات اقليمي بر جمعيت Bacillus تمركز يابند.
چكيده انگليسي :
Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) serve as critical biological agents in sustainable agriculture, playing an important role in enhancing nutrient uptake, synthesizing phytohormones, suppressing pathogens, and inducing systemic resistance. This study aimed to molecularly identification of some selected Bacillus species, including B. amyloliquefaciens, B. megaterium and B. pumilus from the rhizosphere soil of safflower (Carthamus tinctorius L.) treated with these bacteria. Sequences of the 16S rRNA and 23S rRNA genes were downloaded from the NCBI database and aligned using MEGA11 software with the ClustalW algorithm. Species-specific primers (BA23, BM23 and BP23) were designed based on variable regions of the 23S rRNA gene. Primer specificity was evaluated using Oligo7, Oligo Analyzer, and Primer-BLAST tools. Rhizosphere soil sampling was conducted at a depth of 10–15 cm, and bacteria were isolated through serial dilution and culturing on Nutrient Agar. Genomic DNA extraction was optimized using the CTAB-phenol-chloroform protocol, and its quality was verified using 0.7% agarose gel electrophoresis. PCR was performed with a temperature gradient of 51–61°C to determine the optimal annealing temperature, and products were sequenced using the Sanger method. Phylogenetic analysis was conducted using the Maximum Likelihood method with partial deletion parameters, employing P. libanensis as the outgroup. Results demonstrated that the designed primers specifically amplified the expected fragments (approximately 600–900 base pairs) without cross-reactivity with non-target DNA. The phylogenetic tree revealed a close relationship between B. amyloliquefaciens and B. subtilis, with a similarity exceeding 99.4%, while the genetic distance from P. libanensis was over 22%. BLASTn analysis confirmed >99% identity, 100% coverage, and an E-value of zero for the target species. However, challenges in identifying B. megaterium were observed due to high genetic similarity within the Bacillus species complex, highlighting limitations of rRNA-based methods. This study provides efficient molecular tools for rapid PGPR identification, with potential applications in biofertilizer production and biological control. The findings underscore the need for complementary markers such as gyrB to overcome taxonomic limitations and suggest that future research should focus on developing Multiplex PCR systems and evaluating the impact of climate change on Bacillus populations.