Papaya shoot tip associated endophytic bacteria isolated from in vitro cultures and host–endophyte interaction in vitro and in vivo

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Abstract

Fourteen distinct bacterial clones were isolated from surface-sterilized shoot tips (∼1 cm) of papaya (Carica papaya L. ‘Surya’) planted on Murashige and Skoog (MS)-based papaya culture medium (23/50 nos.) during the 2–4 week period following in vitro culturing. These isolates were ascribed to six Gram-negative genera, namely Pantoea (P. ananatis), Enterobacter (E. cloacae), Brevundimonas (B. aurantiaca), Sphingomonas, Methylobacterium (M. rhodesianum), and Agrobacterium (A. tumefaciens) or two Gram-positive genera, Microbacterium (M. esteraromaticum) and Bacillus (B. benzoevorans) based on 16S rDNA sequence analysis. Pantoea ananatis was the most frequently isolated organism (70% of the cultures) followed by B. benzoevorans (13%), while others were isolated from single stocks. Bacteria-harboring in vitro cultures often showed a single organism. Pantoea,Enterobacter, and Agrobacterium spp. grew actively on MS-based normal papaya medium, while Microbacterium, Brevundimonas, Bacillus, Sphingomonas, and Methylobacterium spp. failed to grow in the absence of host tissue. Supplying MS medium with tissue extract enhanced the growth of all the organisms in a dose-dependent manner, indicating reliance of the endophyte on its host. Inoculation of papaya seeds with the endophytes (20 h at OD550 = 0.5) led to delayed germination or slow seedling growth initially. However, the inhibition was overcome by 3 months and the seedlings inoculated with Pantoea, Microbacterium, or Sphingomonas spp. displayed significantly better root and shoot growths.

Quatorze clones bactériens distincts ont été isolés de la surface d’extrémités de pousses stérilisées (∼1 cm) de papaye (Carica papaya L. ‘Surya’), ensemencées dans du milieu de culture de papaye Murashige et Skoog (MS) (25/50 nos.), durant 2–4 semaines, puis cultivées in vitro. Ces isolats appartenaient à six genres Gram-négatifs, soit Pantoea (P. ananatis), Enterobacter (E. cloacae), Brevundimonas (B. aurantiaca), Sphingomonas, Methylobacterium (M. rhodesianum) et Agrobacterium (A. tumefaciens) ou à deux genres Gram-positifs, soit Microbacterium (M. esteraromaticum) et Bacillus (B. benzoevorans)selon l’analyse de séquence de l’ADNr 16S. Pantoea ananatisétait l’organisme le plus fréquemment isolé (70% des cultures), suivi par B. benzoevorans (13%), alors que les autres ont été isolés à partir d’échantillons uniques. Les cultures in vitro contenant des bactéries ne comportaient souvent qu’un seul genre d’organisme. Pantoea, Enterobacteret Agrobacterium croissaient activement dans du milieu MS de papaye normal alors que Microbacterium, Brevundimonas, Bacillus, Sphingomonas et Methylobacterium ne poussaient pas en absence de tissus de l’hôte. L’enrichissement du milieu MS avec des extraits tissulaires augmentait la croissance de tous les organismes de façon dépendante de la concentration, indiquant que l’endophyte dépend de son hôte. L’inoculation de graines de papaye avec les endophytes (20 h à une DO550 = 0,5) résultait en une germination retardée ou en un ralentissement de la croissance initiale du semis. Cependant, cette inhibition disparaissait au bout de 3 mois et les racines et les pousses de semis inoculés avec Panteoa, Microbacteriumou Sphingomonascroissaient alors de façon significativement plus élevée.

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