Bacillus subtilis and Bacillus velezensis population dynamic and quantification of spores after inoculation on ornamental plants

Abstract

Abstract: Bacillus subtilis and Bacillus velezensis are used in organic agriculture as an alternative to chemical pesticides to fight against phytopathogen organisms. These Gram-positive soil-dwelling bacteria are able to resist harsh conditions and survive by differentiating into endospores. Few studies have examined how bacterial populations change on plants over time, and if they remain active or enter a dormant state. Nonetheless, these characteristics are strikingly important to determine the usage of B. subtilis and B. velezensis and their efficacy in environmental conditions. Here, we investigate the population dynamic on plants of B. subtilis NCIB3610 and B. velezensis QST713 when applied as spores on different ornamental plants. We report that on all plants studied (Echinacea purpurea cv. Salsa red, Echinacea purpurea cv. Fatal attraction and Lavandula angustifolia cv. Hidecote blue) spores rapidly germinated and colonized the rhizoplane, maintaining a relatively low proportion of spores in the population over time, whereas bacterial population on leaves rapidly declined. Bacteria in the surrounding soil did not germinate and persisted as spores. Taken together, these results suggest that only cells found at the rhizosphere remain metabolically active to allow the formation of a lasting relationship with the plant, making possible beneficial effects from the inoculated bacteria.

Bacillus subtilis et Bacillus velezensis sont utilisées en agriculture biologique comme alternative aux pesticides chimiques. Ces bactéries Gram-positives vivant dans le sol sont capables de résister à des conditions difficiles et de survivre en se différenciant en endospores. Peu d'études ont examiné comment les bactéries persistent sur les plantes, si elles demeurent actives ou entrent en dormance. Néanmoins, ces caractéristiques sont importantes pour déterminer leur utilisation et leur efficacité dans des conditions environnementales. Nous avons étudié la dynamique de population de B. subtilis NCIB3610 et de B. velezensis QST713 lorsqu'appliquées comme spores sur différentes plantes ornementales. Nous montrons que sur toutes les plantes étudiées (Echinacea purpurea cv. Salsa red, Echinacea purpurea cv. Fatal attraction et Lavandula angustifolia cv. Hidecote blue) les spores ont rapidement germées et colonisées la rhizoplane, maintenant une proportion relativement faible de spores dans la population, alors que la population sur les feuilles a rapidement diminué. Les bactéries présentes dans le sol environnant n'ont pas germé et ont persisté sous forme de spores. Ces résultats suggèrent que seules les bactéries trouvées au niveau des racines restent métaboliquement actives pour permettre la formation d'une relation durable avec la plante, rendant possible les effets bénéfiques des bactéries inoculées.