Characterization of chickpea root nodule bacteria in Turkey

Abstract

Nohut (Cicer arietinum L), Türkiye'de kültüre alınan ilk tane baklagillerden biridir. Türkiye'deki topraklarda azot eksikliği vardır, rhizobia nohutta düşük girdi ile verimi artırarak kimyasal gübrelerin yerini alabilir. Ayrıca, nodüller bitki gelişimini teşvik eden nodüle etmeyen endofitleri (NEB) bulundurur. Bu çalışmada, nohut nodüllerindeki rhizobial (RNR) ve NEB bakterilerinin çeşitliliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Türkiye'de 6 bölge ve 17 ilden toplamda 120 RNR ve 13 NBR izolat, morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal özellikler ile karakterize edilmiştir. NEB izolatları moleküler anlamda REP-PCR ve 16S rRNA analizleri ile tanımlanmıştır. RNR izolatları %90 oranda mukoz, dairesel ve düz kenarlı koloniler oluşturmuştur. Ayrıca 13 rizobial olmaya izolatın 11 tanesi açık pembe renkli koloni gelişimi sergilemiştir. Her iki grubun tüm izolatları %2 NaCI dayanıklık göstermiş, optimal gelişme 25-35°C'de ve pH 6-8'de olmuştur. Tamamı gram-negatif, hızlı gelişen, katalaz ve oksidaz pozitif iken amilaz ve metil kırmızısı negatif olarak saptanmıştır. Her iki gruba giren izolatların %95'i karbon ve azot kaynağı olarak farklı bileşikleri kullanmıştır. Her iki gruptaki izolatların büyük bir bölümü Zn, Cu ve Cr ağır metallerine hassasiyet göstermemiş, kanamisin, streptomisin ve tetrasikline dayanıklılık sergilemiştir. Numerik analizler her gruptaki izolatları 3 kümeye ayırmıştır. RNR grubunun 1, 2 ve 3. kümeleri sırası ile 113, 5 ve 2 izolat ile temsil edilmiş, bu izolatlar sırası ile Mesorhizobium ciceri, M. mediterraneum ve Mesorhizobium sp. benzerliği sergilemiştir. NEB grubuna dahil olan 8 temsili izolat, 16S rRNA sekansı ile tanımlanmış, Rahnella, Enterobacter, Pseudomonas ve Rhizobium olmak üzere 4 cinse %99 oranında benzerlik göstermiştir.Anahtar kelimeler: Rhizobia, Endofit, Nohut, Fenotipik Karakterizasyon, Çeşitlilik

Chickpea (Cicer arietinum L.) is among the first cultivated pulses in Turkey. Since Turkey soils are deficient in nitrogen, rhizobia can replace chemical fertilizers to increase chickpea yield at low cost. Also, nodules harbor non-nodulating endophytes (NEB) that can promote the plant growth. In this study, we aimed to investigate the diversity of RNR and NEB bacteria inside chickpea nodules. A total of 120 RNR and 13 NEB isolates, from 17 cities in 6 provinces in Turkey, were characterized on the basis of morphological, physiological, and biochemical traits. Besides, the NEB isolates were further identified on molecular basis using REP-PCR and 16S rRNA. Ninty percent of the RNR isolates displayed mucously, circular, smooth-margined colonies. Also, 11 out of 13 non-nodulating isolates displayed light pink colonies. All isolates in both groups endured up to 2% NaCl, grew optimally at 25-35°C and at pH 6-8. They all were gram-negative, fast growers and catalase and oxidase positive, while negative for amylase and methyl red. More than 95% of isolates in both groups utilized different compounds as sole carbon and nitrogen sources. The majority of isolates in both groups were insensitive to the heavy metals Zn, Cu and Cr, and resistant to the antibiotics such as kanamycin, streptomycin and tetracycline. Numerical analysis separated the isolates in each group into three clusters. Clusters 1, 2 and 3 of the RNR group came with 113, 5 and 2 isolates, respectively, and were respectively close to Mesorhizobium ciceri, M. mediterraneum and Mesorhizobium sp. Eight representative isolates of NEB group were identified via 16S rRNA sequencing with 99% similarity to 4 genera: Rahnella, Enterobacter, Pseudomonas, and Rhizobium. This showed that NEB inside nodules were as diverse as RNR bacteria.Key Words: Rhizobia, Chickpea, Phenotypic Characterization, Diversity