<span style="font-size:14.0pt;line-height: 115%;font-family:"Times New Roman";mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; color:#131313;mso-ansi-language:EN-IN;mso-fareast-language:EN-IN;mso-bidi-language: HI" lang="EN-IN">Nitrogen control of bacterial signal production in <i>Rhizobium meliloti-alfalfa </i>symbiosis</span>

981-988<span style="font-size:14.0pt;line-height: 115%;font-family:" times="" new="" roman";mso-fareast-font-family:"times="" roman";="" color:black;mso-ansi-language:en-in;mso-fareast-language:en-in;mso-bidi-language:="" hi"="" lang="EN-IN">Under nitrogen-depleted conditions nitrogen-fixing soil bacteria of the family Rhizobiaceae are able to induce symbiotic nodules on the roots of leguminous plants where bacteroids convert atmospheric nitrogen to ammonia. The presence of exogenous nitrogen source inhibits the development and the functioning of bacterium-plant symbiosis. Earlier experiments demonstrated that nitrate inhibited all stages of symbiotic interaction, affecting primarily the host functions. The investigation of the possible involvement of the microsymbiont in nitrogen regulation showed that two signalling steps were controlled by ammonium. The synthesis of the first bacterial signal, the Nod factor was repressed by ammonium. The nitrogen signal is conveyed to nodulation (nod) genes by the general nitrogen regulatory (ntr) system and by the nodD3-syrM self amplifying system. The fine control also involves a negative regulatory factor, ntrR. When ntrR is mutated, more efficient nodule formation and nitrogen fixation is observed in symbiosis with alfalfa even in the presence of ammonium. The biosynthesis of the second bacterial signal succinoglycan is also controlled by ammonium. SyrM, a common regulatory factor for nod and exo gene expression, may contribute to the adjustment of the amount of succinoglycan and the ratio of its biologically active form.</span

Asszociatív nitrogénkötő oltóanyagtörzsek túlélőképességét befolyásoló tényezők két potenciális vivőanyagban

Egy-egy, antibiotikum rezisztenciával jelölt Azospirrilum brasilense és Azospirillum lipoferum faj túlélőképességét vizsgáltuk laboratóriumi körülmények között steril és nem steril komposztban és humusztrágyában, mint lehetséges vivőanyagokban a mikrobiális oltások során. A jelölt fajreprezentánsok csíraszámának meghatározásához az általunk módosított határhígításos módszert és antibiotikum-tartalmú szelektív Okon agarlemezeket (OKON et al., 1977) alkalmaztuk. A pusztulás vagy szaporodás mértékét a kiindulási csíraszám %-ában fejeztük ki. Az oltóanyagok vivőanyagaként alkalmazott kétféle közegből sugárgomba és mikroszkopikus gomba törzseket izoláltunk. Az Azospirillum baktériumokkal szemben megnyilvánuló antagonizmust agarkorong módszerrel ellenőriztük és a kioltási zóna nagysága szerint kategorizáltuk. Megállapítottuk, hogy a két oltóanyag fajreprezentáns túlélőképessége között egyik vizsgált közegben sem volt szignifikáns eltérés. A vivőanyagokban való megmaradó-képesség ezért feltehetően nem faji, hanem egyedi, törzsi tulajdonság lehet, ami a környezeti körülményekhez való alkalmazkodóképesség mértéke szerint nyilvánul meg. Az alkalmazott vivőanyag ezért jelentős mértékben befolyásolta a bevitt mikroorganizmusok sejtszámának alakulását. Ilyen szempontból az anaerob úton előállított, szőlőtörköly-alapú humusztrágya mindkét Azospirillum faj túléléséhez kedvezőbb körülményeket biztosított. A steril közegekben az Azospirillum baktériumok kezdeti sejtszám-gyarapodása is tartósabbnak bizonyult, a 3-heti vizsgálati periódus végére sem csökkent a kiindulási érték alá az eredeti, nem steril változatokkal való összehasonlításban. A nem steril vivőanyagok között a humusztrágyából izolált sugárgomba és mikroszkopikus gomba törzsek antagonista hatása kisebb volt, mint az aerob előállítású, szennyvíziszap-tartalmú komposztból származó izolátumoké. Eredményeink bizonyították, hogy a korábbi gyakorlat szerint alkalmazott tőzeges vivőanyagok jól helyettesíthetők alternatív hordozóanyagokkal. Vizsgálataink szerint a mezőgazdasági és kommunális hulladékok, mint nagy szervesanyag-tartalmú közegek, tulajdonságaik által meghatározott módon az asszociatív nitrogénkötő baktériumokkal megfelelően társíthatók

Rhizobium törzsek túlélőképessége különböző vivőanyagokban

A lucerna magoltására alkalmas két Sinorhizobium meliloti törzs túlélőképességét ellenőriztük laboratóriumi körülmények között. Az oltás szempontjait figyelembe véve a baktériumtörzsek túlélőképességét a magfelszínen, folyékony táptalajban, talajban és mezőgazdasági hulladék felhasználásával készített komposztban ellenőriztük 1-6 hetes időtartamban. A kiindulási sejtszámhoz képest a törzsek túlélőképességét (pusztulását és esetleges szaporodását) az általunk módosított, szelektív táplemezes kitenyésztéssel követtük nyomon antibiotikum marker segítségével. Megállapítást nyert, hogy a különféle lucernamagvak felszínén a Rhizobium törzsek túlélőképességét a fajtatulajdonságok erősen befolyásolják. A fajták és az oltóanyagok közötti kompatibilitás-vizsgálatoknak tehát a mikrobiális oltóanyagok alkalmazásánál nagy jelentősége van.  Talajokban a Rhizobiumok perzisztenciáját a talajok kötöttsége, alacsony pH-ja és a tápanyag-szegény körülmények is gátolhatják. Az alkalmazott törzsek vivőanyagának a nagy szerves- és tápanyagtartalmú komposztok a legmegfelelőbbek. Az anaerob módon előállított komposzt a vizsgált törzsek túlélőképességéhez kedvezőbb körülményeket biztosít. Ennek oka feltételezésünk szerint a biotikus tényezők kedvezőbb alakulása, azaz az anaerob körülményekhez adaptálódott konkurens mikrobák kisebb fokú versenyképessége lehet. Feltételezéseinket a sterilizált komposztban kimutatott nagyobb mértékű túlélőképesség támasztja alá.  A megfelelő komposztok ilyen irányú felhasználásával kiváltható a tőzegek alkalmazása, az oltóanyag-előállítási technológia gazdaságosabbá tehető

ISOLATION AND CHARACTERIZATION OF AN R-PRIME PLASMID FROM RHIZOBIUM-MELILOTI

Using a simple enrichment procedure, we isolated an R-prime derivative of plasmid R68.45 carrying a 17.8-megadalton segment of the Rhizobium meliloti 41 chromosome. The chromosomal segment carried on this plasmid (pGY1) includes the markers cys-24+, cys-46, and att,s6. Plasmid pGY1 mobilized the chromosome in a polarized way starting from the region of homology, but cannot promote chromosome transfer from other sites. The attlsC3 site on pGY1 allowed the integration of phage 16-3 into pGY1, and a composite plasmid of 91.8 megadaltons was formed. This vector (pGY2) is suitable for the introduction of Rhizobium bacteriophage 16-3 into other gram-negative bacteria

A vapBC-type toxin-antitoxin module of Sinorhizobium meliloti influences symbiotic efficiency and nodule senescence of Medicago sativa

The symbiotic nitrogen-fixing soil bacterium Sinorhizobium meliloti carries a large number of toxin-antitoxin (TA) modules both on the chromosome and megaplasmids. One of them, the vapBC-5 module that belongs to the type II systems was characterized here. It encodes an active toxin vapC-5, and was shown to be controlled negatively by the complex of its own proteins. Different mutants of the vapBC-5 genes exhibited diverse effects on symbiotic efficiency during interaction with the host plant Medicago sativa. The absence of the entire vapBC-5 region had no influence on nodule formation and nitrogen fixation properties. The strain carrying an insertion in the antitoxin gene showed a reduced nitrogen fixation capacity resulting in a lower plant yield. In contrast, when the toxin gene was mutated, the strain developed more efficient symbiosis with the host plant. The nitrogen fixing root nodules had a delayed senescent phenotype and contained elevated level of plant-derived molecules characteristic of later steps of nodule development. The longer bacteroid viability and abundance of active nitrogen fixing zone resulted in increased production of plant material. These data indicate that modification of the toxin/antitoxin production may influence bacteroid metabolism and may have an impact on the adaptation to changing environmental conditions

Atypical transcriptional regulation and role of a new toxin-antitoxin-like module and its effect on the lipid composition of Bradyrhizobium japonicum

A toxin-antitoxin (TA)-like system (designated as bat/bto genes) was identified in Bradyrhizobium japonicum, based on sequence homology and similarities in organization and size to known TA systems. Deletion of the bat/bto module resulted in pleiotropic alterations in cell morphology and metabolism. The generation time of the mutant was considerably decreased in rich media. Atomic force microscopy revealed the modified shape (shorter and wider) and softness of mutant cells. The synthesis of phosphatidylcholine was completely blocked in the mutant bacteria, and vaccenic acid, the predominant fatty acid of membranes of the wild-type cell, was replaced by palmitic acid in the mutant membranes. The mutant bacteria synthesized incomplete lipopolysaccharide molecules. Remarkable changes in the membrane lipid composition may explain the observed morphological alterations and growth properties of the mutant bacteria. The overlapping promoter region of bat/bto and glpD (coding for the aerobic sn-glycerol-3-phosphate dehydrogenase) genes suggests a complex regulation and the involvement of bat/bto in the control of main metabolic pathways and an important role in the maintenance of a normal physiological state of B. japonicum. These data reveal new aspects of the role of TA systems in bacteri

Mutation in the ntrR gene, a member of the vap gene family, increases the symbiotic efficiency of Sinorhizobium meliloti

In specific plant organs, namely the root nodules of alfalfa, fixed nitrogen (ammonia) produced by the symbiotic partner Sinorhizobium meliloti supports the growth of the host plant in nitrogen-depleted environment. Here, we report that a derivative of S. meliloti carrying a mutation in the chromosomal ntrR gene induced nodules with enhanced nitrogen fixation capacity, resulting in an increased dry weight and nitrogen content of alfalfa. The efficient nitrogen fixation is a result of the higher expression level of the nifH gene, encoding one of the subunits of the nitrogenase enzyme, and nifA, the transcriptional regulator of the nif operon. The ntrR gene, controlled negatively by its own product and positively by the symbiotic regulator syrM, is expressed in the same zone of nodules as the nif genes. As a result of the nitrogen-tolerant phenotype of the strain, the beneficial effect of the mutation on efficiency is not abolished in the presence of the exogenous nitrogen source. The ntrR mutant is highly competitive in nodule occupancy compared with the wild-type strain. Sequence analysis of the mutant region revealed a new cluster of genes, termed the "ntrPR operon," which is highly homologous to a group of vap-related genes of various pathogenic bacteria that are presumably implicated in bacterium-host interactions. On the basis of its favorable properties, the strain is a good candidate for future agricultural utilizatio