Streptomyces – from Basic Microbiology to Role as a Plant Pathogen

Abstract

Streptomycetes are spore-forming Gram-positive bacteria found in soil in large numbers world-wide. More than 600 Streptomyces species have been described. The complex developmental morphology and molecular genetics of Streptomyces is connected to production of a wealth of secondary products, including more than 60% of antibiotics in industrial and pharmaceutical use. Streptomycetes have important roles in soil ecology as decomposers, though specific roles in microbial community structure and plant health are poorly understood. Some species are used as biocontrol agents while others have specific associations with potatoes as endophytes, pathogens or as part of plant rhizosphere communities. Very few species are plant pathogenic (ca. 1%), causing common scab disease on underground tubers in potatoes and root diseases in a broad range of host plants. Several unique aspects of Streptomyces as a plant pathogen are that (a) there is a main dominant pathogenicity determinant (thaxtomin); (b) only the developing underground stems, stolons and tubers are susceptible to potato common scab (CS); (c) Streptomyces does not incite a plant defense response; and (d) CS is not easily managed. The best available control is the use of resistant potato cultivars and there is wide variation in resistance (tolerance) among potato cultivars, though none is completely resistant. New molecular genetic tools, including the complete genome sequences of a number of plant pathogenic Streptomyces species and association mapping using the potato genome sequence, promise greater understanding of the genetics of CS tolerance and of regulation of thaxtomin production and contributory pathogenicity factors for better management of potato CS.

Resumen

Los Streptomycetos son bacterias que forman esporas, Gram-positivas, que se encuentran en gran número en el suelo en todo el mundo. Se han descrito más de 600 especies de streptomicetos. La compleja morfología de desarrollo y la genética molecular de los streptomicetos están conectadas a la producción de muchos productos secundarios, incluyendo más del 60% de antibióticos de uso industrial y farmacéutico. Los streptomicetos tienen un papel importante en la ecología del suelo como degradadores, a través de funciones específicas en la estructura de la comunidad microbiana y la sanidad de la planta es pobremente entendida. Algunas especies se usan como agentes de biocontrol mientras que otras tienen asociaciones específicas con las papas como endófitos, patógenos, o como parte de las comunidades de la rizosfera. Muy pocas especies son fitopatógenas (aprox. 1%), causando la enfermedad de la roña común en tubérculos bajo tierra en papas, y enfermedades de la raíz en una gran amplitud de plantas hospedantes. Varios aspectos únicos de Streptomyces como fitopatógeno son que (a) hay una determinante principal dominante de la patogenicidad (thaxtomin); (b) solo los tallos subterráneos en desarrollo, los estolones y los tubérculos son susceptibles a la roña común de la papa (CS); (c) Sterptomyces no incita a una respuesta de defensa de la planta; y (d) CS no es fácilmente manejable. El mejor control disponible es el uso de variedades resistentes de papa y hay una variación muy amplia en la resistencia (tolerancia) entre las variedades, aunque ninguna es completamente resistente. Nuevas herramientas de genética molecular, incluyendo las secuencias completas del genomio de un número de especies de Streptomyces fitopatógenas y el mapeo de la asociación usando la secuencia genómica de la papa, prometen un mayor entendimiento de la genética de la tolerancia a CS y de la regulación de la producción de thaxtomin y de los factores que contribuyen a la patogenicidad para un mejor manejo de la CS de la papa.