Transcriptomic analysis of Sinorhizobium meliloti 1021 focusing on tricarboxylic acid cycle, nitrogen fixation, and carbon metabolism pathways

Sinorhizobium meliloti 1021 is a nitrogen-fixing symbiont of legume plants Medicago, Melilotus and Trigonella. This bacterium is a model organism for tricarboxylic acid (TCA) cycle, and other genetic studies. The complete S. meliloti 1021 bacteroid transcriptome was sequenced and was compared to the complete sequenced transcriptome of free-living cells grown on malate a as sole carbon source. Twenty-seven genes were downregulated more than 20 folds when compared to the control treatment malate. Most of these downregulated genes were of unknown function or part of the carbohydrate transport and metabolism COG group. Genes involved in the TCA cycle, including the mdh-sucCDAB operon, were mostly upregulated in bacteroids; the mdh-sucCDAB genes showed increased transcription by 12.9 fold change (FC), 10.4 FC, 12.2 FC, 8.35 FC, and 8.66 FC, respectively. Nitrogen fixation nif and fix genes underwent the highest transcription FC increase with 1085, 1538, 3060, 449, and 219 FC respectively for the nifKDHEF genes. Over half of the pentose phosphate pathway genes were downregulated as expected, while edd, deoC, zwf, pgl, and tkt2 were upregulated indicating some glucose availability in root nodules. A majority of the glycolysis pathway genes were also downregulated in bacteroids. qRT-PCR experiments were conducted on mdh, sucC and sucA in various carbon treatments. The presence of a second promoter within the mdh-sucCDAB operon located in an intergenic region upstream of sucA (the first being upstream of mdh) was suggested by a decreased expression of sucC but not of downstream sucA in succinate-grown cells. A potential mdh mutant was obtained via EZ-Tn5 transposon insertion mutagenesis; but this strain requires further confirmation and characterization.Sinorhizobium meliloti 1021 est une bactérie symbiotique fixant l'azote pour les légumineuses Medicago, Melilotus et Trigonella. Cette bactérie est un organisme modèle pour Krebs (TCA) cycle, ainsi que pour d'autres études génétiques Le transcriptome complet de la bactérie Sinorhizobium meliloti 1021 sous sa forme de bactéroïde a été séquencé pour trois réplicas biologiques et comparé au transcriptome complet du traitement contrôle, ce dernier étant S. meliloti 1021 traité avec le malate comme seule source de carbone (dont le transcriptome complet fut aussi séquencé pour cette thèse). 27 gènes ont été régulés à la baisse par plus de 20 fois part rapport au contrôle le traitement malate. La plupart de ces gènes régulés à la baisse sont de fonction inconnue ou font partie du groupe COG de transport et de métabolisme des hydrates de carbone. Les gènes impliqués dans le cycle Krebs (TCA) ont été principalement régulés à la hausse dans les bactéroïdes, y compris l'opéron mdh-sucCDAB avec 12,94 FC pour mdh, 10,37 pour sucC, 12,22 pour sucD, 8,35 pour sucA, et une moyenne de 8.66 facteur de variation (FC) pour sucB. Les gènes nif et fix impliqués dans la fixation de l'azote ont subi l a plus haute augmentation de FC de transcription avec 1085,25; 1537,98; 3059,52; 448,91; et 218,98 FC moyens respectivement pour les gènes nifKDHEF. Plus de la moitié des gènes du métabolisme du pentoses phosphates ont été régulée à la baisse comme prévu, tandis que edd, deoC, zwf, pgl, et tkt2 ont été régulés à la hausse, ce qui indique une certaine disponibilité du glucose dans les nodules des racines. La majorité des gènes du métabolisme de glucose ont été également régulée à la baisse dans les bactéroïdes. Des expériences de qRT -PCR ont été réalisées sur mdh, sucC et sucA traités avec diverses sources de carbone. La présence d'un second promoteur à l'intérieur de l'opéron situé dans une région intergénique entre sucD et sucA a été suggérée par une diminution de l'expression de sucC mais pas sucA dans les bactéries cultivés avec du succinate. Un potentiel mdh mutant a été obtenue par l'insertion d'un transposon pour le gène mdh, mais nécessite encore caractérisation et confirmation