Fixation d'azote par le soja vietnamien (Glycine max) cv DH4 inoculé par Bradyrhizobium japonicum USDA 138 (G3)

Les quatre associations symbiotiques entre, d'une part, les sojas (Glycine max L) cv DH4 (soja vietnamien) et 171-16 et, d'autre part, les rhizobiums SMX11 (originaire de la vallée du Mékong) à croissance rapide et G3 (Bradyrhizobium japonicum USDA 138) à croissance lente sont cultivées sur milieu liquide à pH 6,3 dépourvu d'azote minéral. Les plantes dont les nodosités sont déjà en place et actives sont transférées à 30 j sur des milieux à pH 5,3 et 4,3. La réponse des 4 symbioses au pH du milieu est étudiée par comparaison, après 2 sem de la biomasse (quantité de matière sèche des plantes) et de la fixation de N2 (N organique total des plantes) des plantes transférées à celles des plantes maintenues à pH 6,3. Trois types de réponses à l'acidification du milieu s'observent sans relation apparente avec les réponses individuelles des plantes et des bactéries au pH du milieu lors des cultures en conditions asymbiotiques : pour les symbioses de SMX11, le transfert en milieu acide n'a pas d'effet sur la fixation de N2 quel que soit l'hôte, tandis que pour les symbioses de G3, le transfert à pH 4,3 est inhibiteur avec 171-16, et stimulateur avec DH4. Les sojas 171-16 et DH4, non inoculés, dépendants de NO3-, ont une croissance respectivement plus rapide et plus lente à pH 4,3 qu'à pH 6,3. Enfin la croissance des rhizobiums est maximale respectivement à pH 5,3 et 6,3 pour les souches G3 et SMXII. Les effets du pH du milieu ne sont donc en relation ni avec le génotype bactérien, ni avec le génotype de la plante pris isolément, mais dépendent vraisemblablement du contrôle génétique créé par les conditions de symbiose. G3 trouve ainsi, chez le soja DH4 et dans des conditions de milieu acide, les conditions d'environnement cellulaire les plus favorables à l'expression de sa capacité à fixer N 2. Il est conclu que la symbiose G3/DH4 non seulement tolère mais préfère le milieu acide en aquiculture. En conséquence, il apparaît souhaitable de tester au champ l'effet de l'inoculation du soja vietnamien DH4 avec la souche G3, en particulier dans le delta du Mékong où les sols sont très acides.Dinitrogen fixation by the vietnamese soybean (Glycine max) cv DH4 inoculated by Bradyrhizobium japonicum USDA 138 (G3) is enhanced upon transfer to acid medium. Four symbiotic associations obtained by inoculation of soybean (Glycine max L) cv DH4 (from Vietnam) and 171-16, with Rhizobium SMX11, a fast-growing strain from the Mekong valley and G3 (Bradyrhizobium japonicum USDA 138), a slow-growing strain, were grown on N-free solution at pH 6.3. Acid treatments were applied by transfer of 30-d-old plants with well-developed nodules onto solutions at pH 5.3 and 4.3. The effect of pH was studied after 2 wk by measuring biomass (plant dry weight) and N2 fixation (organic N per plant). Three different responses to acid pH were observed with no apparent connection with individual responses to acid pH of plants and rhizobia when grown asymbiotically: SMX11 symbiosis was resistant to acid pH whatever the host soybean, while G3/171-16 symbiosis was sensitive to acid pH, and G3/DH4 preferred pH 4.3. The non-inoculated soybeans 171-16 and DH4 cultured on NO3- grew respectively faster and more slowly at pH 4.3 than at pH 6.3. Maximum growth rate of the free rhizobia was at pH 5.3 and 6.3 for G3 and SMX11 respectively. Thus, the effects of growth pH have no relationship with the rhizobia or the plant genotype considered alone. They likely depend on the genetic control developed by the symbiotic conditions. When inoculated in soybean DH4 and grown on acid medium, G3 finds the most favorable cellular conditions for the expression of its N2 fixation capacity. The G3/DH4 symbiotic association not only tolerates but prefers growing on acid medium. In conclusion it appears advisable to test the effect of inoculation of the vietnamese soybean DH4 with the strain G3 in the field, especially in the Mekong delta where soils are known to be very acid

Effect of nitrate on acetylene reduction and the activities of some enzymes of nitrogen and carbon metabolism, involved in nitrogen fixation in the root nodules of soybean

Soybean plants (Glycine max (L) Merr) cv Maple arrow were nodulated either by Bradyrhizobium japonicum (USDA 311 b 138 or B japonicum CB 1809 and grown on low-N solution (20 μM nitrate). When the seedlings were 40 days old, treatments with 5 mM nitrate for 1-4 d were used in order to allow effects on acetylene reduction, bacteroid nitrate reductase (EC 1.6.6.1), nodule cytosol nitrate reductase, glutamine synthetase (EC 6.3.1.2) and phosphoenolpyruvate carboxylase (EC 4.1.1.31) to be studied in the absence of nodule senescence. Significant alterations of enzyme activities were only observed in nodules infected by B japonicum USDA 311 b 138. Thus infecting soybean plants with either B japonicum USDA 311 b 138 of B japonicum CB 1809 was a good tool for investigating the effects associated with N2 fixation inhibition by comparing a high nitrate-sensitive and a low nitrate-sensitive symbiosis. Phosphoenolpyruvate carboxylase and acetylene reduction activities were rapidly lowered while the bacteroid inducible nitrate reductase increased. In contrast, the nodule cytosolic glutamine synthetase and nitrate reductase activities slowly increased after the ARA had declined. These data suggest that the nodule cytosol phosphoenolpyruvate carboxylase and the bacteroid nitrogenase are the 2 main regulatory enzymes controlling C and N metabolism respectively, in symbiotic nodules. On the other hand, parallelism of nodule cytosol nitrate reductase and glutamine synthetase suggest that in these soybean nodules, the cytosolic glutamine synthetase was devoted to assimilation of the NH+4 product of nitrate assimilation.Rôle du nitrate sur la réduction de l'acétylène et les activités de quelques enzymes des métabolismes carboné et azoté impliqués dans la fixation de l'azote dans les nodules racinaires de soja. Il est bien connu que l'application de nitrates à des cultures de soja en symbiose avec Bradyrhizobium japonicum altère l'activité nitrogénase responsable de la fixation de l'azote moléculaire, avec vieillissement prématuré des nodosités. La nutrition azotée des plantes passe alors de la symbiose à l'autotrophie. L'objet des recherches décrites dans le présent article est d'étudier les effets des nitrates comparativement sur la nitrogénase (mesurée par l'activité de réduction de l'acétylène ou ARA) et sur 2 enzymes qui lui sont associées dans les premières étapes de l'assimilation de l'azote, la phosphoénolpyruvate carboxylase (EC 4.1.1.31) et la glutamine synthétase (EC 6.3.1.2), toutes 2 localisées dans le cytosol du tissu végétal des nodosités. Les activités de la nitrate réductase des bactéroïdes et de la nitrate réductase (EC 1.6.6.1) du tissu végétal des nodosités sont également mesurées. Des plantes de soja ( Glycine max L Merr) cv Maple arrow sont inoculées soit par Bradyrhizobium japonicum USDA 311 b 138, soit par B japonicum CB 1809. Ces 2 souches ont été choisies car, ayant des sensibilités différentes aux nitrates, elles permettent la comparaison de systèmes symbiotiques de niveaux de résistance distincts. Les plantes inoculées sont cultivées sur solution minérale sans N, mais contenant cependant les traces de nitrate de l'eau (20 μmol·l-1). Le développement des plantes des des nodosités, l'activité fixatrice d'azote, la teneur en hémoglobine sont identiques, dans les 2 types d'association symbiotique (tableau I). Les traitements par le nitrate (5 mmol·l-1) sont appliqués pendant 1-4 j afin de permettre l'étude de leurs effets sur la réduction de l'acétylène, et les activités enzymatiques citées plus haut, indépendamment des phénomènes liés à la sénescence des nodosités. Une partie des nitrates absorbés par les racines pénètre dans les nodosités via la sève du xylème (fig 1). Une diminution rapide et significative de l'ARA n'est observée que dans les nodosités infectées par B japonicum USDA 311 b 138 (fig 2). Ainsi, l'inoculation du soja soit avec B japonicum USDA 311 b 138, soit avec B japonicum CB 1809 est un bon outil pour l'étude des effets associés à l'inhibition de la fixation de N2 avec comparaison de symbioses ayant différents degrés de sensibilité au nitrate. La diminution rapide de l'ARA est accompagnée chez B japonicum USDA 311 b 138 d'une augmentation de l'activité nitrate réductase des bactéroïdes et de l'activité phosphoénolpyruvate carboxylase du cytosol. Au contraire, la glutamine synthétase et la nitrate réductase du tissu végétal des nodosités n'augmentent que très lentement après le déclin de l'activité de réduction de l'acétylène (fig 3). Dans les nodosités inoculées par B japonicum CB 1809, aucune modification d'importance des activités enzymatiques étudiées, y compris l'ARA, ne se remarque (fig 4). Ces données suggèrent que la phosphoénolpyruvate carboxylase du cytosol des nodosités ainsi que la nitrogénase des bactéroïdes sont 2 enzymes majeures de la régulation respectivement du métabolisme du carbone et du métabolisme de l'azote, dans les nodosités en symbiose. Le parallélisme de l'évolution de la glutamine synthétase et de la nitrate réductase cytosoliques suggère que dans les nodosités de soja, le rôle de la glutamine synthétase cytosolique serait essentiellement associé à l'assimilation de NH +4, produit de l'assimilation de NO-3

Corn phosphoglycolate phosphatase: Modulation of activity by pyridine nucleotides and adenylate energy charge

International audienceThe activity of corn phosphoglycolate phosphatase (EC 3.1.3.18), a bundle sheath chloroplastic enzyme, is modulated, in vitro, both by NADP(H) and adenylate energy charge. The Vmax of the enzyme is increased by NADP (25%) and NADPH (16%) whatever the pH used, 7.0 or 7.9 respective pH of the stroma in the dark and in the light. At both pH, the adenylate energy charge alone has a positive effect with two peaks of activation, characteristics for this enzyme, at 0.2 and a maximum at 0.8 accentuated under nonsaturating concentration of phosphoglycolate. At low energy charge, NADP(H) increased the activation with an additive effect most particularly observed at pH 7.9 under saturating phosphoglycolate concentration; at high energy charge, NADP(H) had a positive or negative effect on the activation, depending on the pH value and the concentrations of substrate and NADP(H). The ferredoxin-thioredoxin system does not regulate the activity since i) DTT addition do not have any effect, ii) the light-reconstituted system containing ferredoxin, ferredoxin-thioredoxin reductase, thioredoxins and thylakoids is not effective either. However, light-dark experiments indicate that pho-sphophycolate phosphatase can be subjected to a fine tuning of its activity. All these data suggest that light cannot induce a modification of the protein but could exert a tight control of its activity by the intermediate of Mg 2+ and substrate concentrations and the levels of metabolites such as NADP(H), ATP, ADP, AMP. So, the regulation of the activity shown, in vitro, by energy charge and NADP(H) might be of physiological significance