https://doi.org/10.83048/38ez-4s97">

Date of Award

11-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Synan AbuQamar

Second Advisor

Khaled Abbas El-Tarabily

Abstract

This study investigates the potential of lead (Pb)-tolerant actinobacteria that possess 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase (ACCD) activity and plant growth-promoting (PGP) traits to serve as a biological tool for enhancing the growth of corn (Zea mays L.) under Pb stress. The primary objective of this research was to isolate and characterize novel, Pb-tolerant, rhizosphere-competent actinobacteria and to evaluate their efficacy in mitigating Pb toxicity, reducing its uptake, and promoting biomass accumulation in corn grown in contaminated soil. A total of 43 actinobacterial isolates were obtained from Pb-contaminated rhizosphere soil and screened for Pb tolerance, rhizosphere competence, ACCD activity, and PGP traits. Ten isolates were identified as rhizosphere-competent (RC). The most promising isolate was evaluated for its ability to enhance corn growth under high Pb stress (1000 mg kg⁻¹ soil) in a greenhouse experiment. The most effective strain, RC isolate #30, was subsequently identified using 16S rRNA gene sequencing as a novel and highly efficient bacterium, Streptomyces mirabilis UAE2 (GenBank accession PV125306). In greenhouse trials under Pb stress, inoculation with S.mirabilis UAE2 significantly (P < 0.05) increased plant height (65.6%), shoot dry weight (66.8%), and root dry weight (80.6%) compared to uninoculated controls. The treatment also reduced oxidative stress markers (e.g., electrolyte leakage by -26.7%), lowered plant ACC levels by up to 72.8%, and decreased Pb accumulation in shoots and roots by 30.3% and 65.1%, respectively. This research successfully demonstrated the multi-faceted mechanism of action of S. mirabilis UAE2, which includes robust PGP activity, effective stress alleviation via ACCD, and a remarkable ability to reduce Pb uptake in a major agricultural crop. These findings establish S. mirabilis UAE2 as a potent and promising bioinoculant, filling a critical need for sustainable and effective biological strategies to mitigate Pb toxicity and restore productivity in contaminated agricultural soils.

Arabic Abstract


فحص وفرز البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات بمساعدة المعالجة النباتية للتخفيف من سمية معدن الرصاص في تربة دولة الإمارات العربية المتحدة

تبحث هذه الدراسة في إمكانات الآكتينوبكتيريا المقاومة للرصاص (Pb) والتي تمتلك نشاط إنزيم 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase (ACCD) وخصائص تعزيز نمو النبات (PGP)، لاستخدامها كأداة بيولوجية لتحسين نمو نبات الذرة (Zea mays L.) تحت ظروف الإجهاد الناجم عن الرصاص. يهدف هذا البحث -بشكل رئيسي- لعزل وتوصيف سلالات جديدة من الآكتينوبكتيريا المقاومة للرصاص وذات الكفاءة الجذرية، وتقييم فعاليتها في تخفيف سمية الرصاص، وتقليل امتصاصه، وتعزيز تراكم الكتلة الحيوية في نبات الذرة المزروع في تربة ملوثة. تم عزل ما مجموعه 43 سلالة من الآكتينوبكتيريا من منطقة الجذور (الريزوسفير) لتربة ملوثة بالرصاص، وتم فحصها من حيث قدرتها على تحمل الرصاص، وكفاءتها الجذرية، ونشاط إنزيم ACCD، وخصائص تعزيز نمو النبات. كما تم تحديد عشرة من هذه السلالات في منطقة الريزوسفير على أنها ذات كفاءة جذرية (RC). بعد ذلك، تم تقييم قدرة السلالة الواعدة على تحسين نمو نبات الذرة تحت تركيزات عالية من الرصاص (1000 مجم رصاص/كجم تربة) في تجربة داخل البيت البلاستيكي، ومن ثم تم تحديد هوية السلالة باستخدام تسلسل الجين 16S rRNA. وأظهرت العزلة رقم RC#30 كأكثر فعالية وبنتائج باهرة والتي تم تعريفها لاحقا باسم Streptomyces mirabilis UAE2 . أدت معاملة النباتات بهذه السلالة في تجارب البي وت المحمية تحت تأثير الرصاص إلى زيادة كبيرة (P < 0.05) في طول النبات (65.6 %)، والوزن الجاف للمجموع الخضري (66.8%) والجذور (80.6%) مقارنةً بالنباتات غير المعاملة. كما أدت المعاملة إلى تقليل مؤشرات الإجهاد التأكسدي (مثل تسرب الإلكتروليت بنسبة -26.7%)، وخفض مستويات مركب ACC في النبات بنسبة تصل إلى 72.8 %، وتقليل تراكم الرصاص في المجموع الخضري والجذري بنسب 30.3 % و 65.1 % تواليا". نجح هذا البحث في تحديد وتوصيف سلالة جديدة وعالية الفعالية، وهي Streptomyces mirabilis UAE2 (رقم الإيداع في بنك الجينات: PV125306). لقد تم توضيح آلية عم ل هذه لسلالة االمتعددة الأوجه والتي تشمل نشاطا قويا في تعزيز نمو النبات وتخفيفا فعالاً للإجهاد عبر إنزيم ACCD، من حيث القدرة على تقليل امتصاص الرصاص في محصول زراعي بالغ الأهمية. يمكن استخدام هذه لسلالة من S. mirabilis UAE2 كلقاح حيوي واعد، مما يسد الحاجة الماسة لاستراتيجيات بيولوجية مستدامة وفعالة لتخفيف سمية الرصاص واستعادة الإنتاجية في التربة الزراعية الملوثة.

Download
COinS