Structure and composition of bacterial communities in the rhizosphere and root of Hypericum species
The research on the secondary metabolites of the plant genus Hypericum has significantly increased during the past decades due to increasing interest in hypericin and hyperforin, which have anti-depressant effect. Although specific bacterial taxa are able to elicit hypericin and pseudo-hypericin production in H. perforatum in vitro, the impact of the entire rhizosphere and root bacterial communities in situ on the secondary metabolites production has not been fully investigated. This study provides novel insights on the potential link between bacterial communities of Hypericum and the production of hypericin and hyperforin, which has not been reported so far, in semi-natural habitat (botanical garden) and in a strictly controlled greenhouse experiment. The rhizosphere and root bacterial communities of several Hypericum species were investigated using Illumina short-read sequencing targeting the V3 region of 16S ribosomal RNA gene. Both total (DNA-based) and active (RNA-based) bacterial communities were inspected. The results on the controlled greenhouse experiment revealed that habitat was the strongest driver of the bacterial community of Hypericum, which was followed by soil substrate and plant species. Moreover, the plant species had a strong impact on the rhizosphere and root bacterial communities whereas bulk soil bacterial communities were governed by soil substrate. Approximately 1-2 % active bacterial taxa were identified in bulk soil, the rhizosphere, and inside the roots of Hypericum plants. The active bacterial taxa that are plant species-specific were also identified, which might perform functions that are relevant to the ecological roles of the host plant. These include members of Rhizobiaceae and Entotheonellaceae in H. perforatum, Sandracinaceae and Reyranella in H. olympicum, and Gemmataceae and Streptomyces in H. balearicum. The results warrant further study to determine the specific roles that the active bacteria carry in the rhizosphere or roots of their corresponding host-plant. Furthermore, two novel members of the family Rhodospirillaceae were successfully isolated from the rhizosphere of H. perforatum and were further characterized.
Die Forschung zu den Sekundärmetaboliten der Pflanzengattung Hypericum hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund des zunehmenden Interesses an Hypericin und Hyperforin, die antidepressive Wirkung haben, deutlich zugenommen. Obwohl spezifische bakterielle Taxa in der Lage sind, die Produktion von Hypericin und Pseudo-Hypericin in H. perforatum in vitro auszulösen, ist der Einfluss der gesamten Rhizosphäre und der bakteriellen Wurzelgemeinschaften in situ auf die Produktion von Sekundärmetaboliten noch nicht vollständig untersucht worden. Diese Studie liefert neue Erkenntnisse über die mögliche Verbindung zwischen bakteriellen Gemeinschaften von Hypericum und der Produktion von Hypericin und Hyperforin, über die bisher noch nicht berichtet wurde, in halbnatürlichem Habitat (botanischer Garten) und in einem streng kontrollierten Gewächshausversuch. Die Rhizosphäre und die bakteriellen Wurzelgemeinschaften mehrerer Hypericum-Arten wurden mittels Illumina-Kurzsequenzierung untersucht, die auf die V3-Region des 16S ribosomalen RNS-Gens abzielte. Sowohl die gesamten (DNS-basierten) als auch die aktiven (RNS-basierten) Bakteriengemeinschaften wurden untersucht. Die Ergebnisse des kontrollierten Gewächshausversuchs zeigten, dass der Lebensraum der stärkste Treiber der Bakteriengemeinschaft von Hypericum war, gefolgt von Bodensubstrat und Pflanzenarten. Darüber hinaus hatten die Pflanzenarten einen starken Einfluss auf die Rhizosphäre und die bakteriellen Wurzelgemeinschaften, während die bakteriellen Gemeinschaften der Bodenbakterien vom Bodensubstrat bestimmt wurden. Ungefähr 1-2 % aktive Bakterientaxa wurden im Boden, in der Rhizosphäre und in den Wurzeln von Hypericum-Pflanzen identifiziert. Aktive pflanzenartenspezifische Bakterien, die potenziell relevante Funktionen für die Ökologie der Wirtspflanze ausüben wurden ebenfalls identifiziert. Dazu gehören Angehörige von Rhizobiaceae und Entotheonellaceae in H. perforatum, Sandracinaceae und Reyranella in H. olympicum sowie Gemmataceae und Streptomyces in H. balearicum. Die präsentierten Ergebnisse rechtfertigen weitere Untersuchungen zur Bestimmung der spezifischen Rolle, die diese Bakterien in der Rhizosphäre oder den Wurzeln der entsprechenden Wirtspflanze spielen. Darüber hinaus wurden zwei neue Mitglieder der Familie Rhodospirillaceae erfolgreich aus der Rhizosphäre von H. perforatum isoliert und weiter charakterisiert.
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