Mercury as a factor affecting the diversity of coltsfoot (Tussilago farfara L.) microbiome - identification and characterization with biochemical and genetic methods

Rtęć jest dla człowieka jednym z najbardziej toksycznych pierwiastków. Koncentracja rtęci w środowisku, szczególnie na terenach przemysłowych, niesie ryzyko przedostawania się jej do łańcucha troficznego. Fitobioremediacja czyli oczyszczanie gleb przy wykorzystaniu holobiontu roślina-mikroorganizm jest obiecującą technologią pozwalającą zastąpić dotychczasowe kosztowne i mało wydajne metody dekontaminacji środowiska z toksycznych pierwiastków. W niniejszej pracy weryfikowano mikrobiom wyizolowany z różnych części morfologicznych podbiału pospolitego (Tussilago farfara L.) rosnącego na terenach zanieczyszczonych (198,5 ± 10,5 mg Hg/kg s.m) i niezanieczyszczonych (0,058 ± 0,003 mg Hg/kg s.m) rtęcią. Dokonano identyfikacji szczepów bakteryjnych poprzez sekwencjonowanie fragmentu 16S rRNA oraz porównania z użyciem metod ERIC-PCR i RAPD-PCR, wyizolowanych z roślin pochodzących z tych dwóch rodzajów terenów i zbadano czy szczepy te posiadają właściwości promujące wzrost roślin. Mikrobiom podbiału pospolitego rosnącego na terenach zanieczyszczonych wykazał oporność na rtęć, a jednocześnie produkcję sideroforów oraz solubilizację fosforanów na wyższym poziomie niż wyizolowany z podbiału rosnącego na terenach nieskażonych rtęcią. Spośród badanych mikroorganizmów wybrano kilka szczepów wykazujących cechy promowania wzrostu roślin na najwyższym poziomie jako potencjalnych kandydatów na szczepionki dla roślin w przyszłości wykorzystywanych w technologii fitobioremediacji rtęci.

Mercury is one of the most toxic elements for humans. The concentration of mercury in the environment, especially in industrial areas, carries the risk of entering it into the trophic chain. Phytobioremediation or soil treatment using the plant-microbe holobiont is a promising technology that could replace the existing costly and inefficient methods of environmental decontamination from toxic elements. This study verified microbiome isolated from various morphological parts of the coltsfoot (Tussilago farfara L.) grown in contaminated areas (198.5 ± 10.5 mg Hg/kg d.m) and uncontaminated by mercury (0.058 ± 0.003 mg Hg/kg d.m). Identification by 16S rRNA sequencing and comparison by fingerprint methods (ERIC-PCR and RAPD-PCR) of strains isolated from plants from these two types of areas was made and tested whether these strains possessed plant growth promoting properties. Bacteria from coltsfoot growing in contaminated areas showed resistance to mercury, and at the same time production of siderophores and solubilisation of phosphates at a higher level in relation to the microbiome isolated from the coltsfoot growing in areas uncontaminated by mercury. Among the examined microorganisms, several strains were selected that showed the features of promoting the growth of plants at the highest level as potential candidates for future plant vaccines used in the mercury phytobioremediation technology.