Chemical forms of selenium in the metal-resistant bacterium Ralstonia metallidurans CH34 exposed to selenite and selenate

International audienceRalstonia metallidurans CH34, a soil bacterium resistant to a variety of metals, is known to reduce selenite to intracellular granules of elemental selenium (Se0). We have studied the kinetics of selenite (SeIV) and selenate (SeVI) accumulation and used X-ray absorption spectroscopy to identify the accumulated form of selenate, as well as possible chemical intermediates during the transformation of these two oxyanions. When introduced during the lag phase, the presence of selenite increased the duration of this phase, as previously observed. Selenite introduction was followed by a period of slow uptake, during which the bacteria contained Se0 and alkyl selenide in equivalent proportions. This suggests that two reactions with similar kinetics take place: an assimilatory pathway leading to alkyl selenide, and a slow detoxification pathway leading to Se0. Subsequently, selenite uptake strongly increased (up to 340 mg Se per g of proteins), and Se0 was the predominant transformation product, suggesting an activation of selenite transport and reduction systems after several hours of contact. Exposure to selenate did not induce an increase in the lag phase duration and the bacteria accumulated approximately 25 fold less Se than when exposed to selenite. SeIV was detected as transient species in the first 12 hours after selenate introduction, Se0 also occurred as minor species, and the major accumulated form was alkyl selenide. Thus, in the present experimental conditions selenate mostly follows an assimilatory pathway, and the reduction pathway is not activated upon selenate exposure. These results show that R. metallidurans CH34 may be suitable for the remediation of selenite - but not selenate -contaminated environments

The Pseudomonas fluorescens siderophore pyoverdine weakens arabidopsis thaliana defense in favor of growth in iron-deficient conditions

Pyoverdines are siderophores synthesized by fluorescent Pseudomonas spp. Under iron-limiting conditions, these high-affinity ferric iron chelators are excreted by bacteria in the soil to acquire iron. Pyoverdines produced by beneficial Pseudomonas spp. ameliorate plant growth. Here, we investigate the physiological incidence and mode of action of pyoverdine from Pseudomonas fluorescens C7R12 on Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) plants grown under iron-sufficient or iron-deficient conditions. Pyoverdine was provided to the medium in its iron-free structure (apo-pyoverdine), thus mimicking a situation in which it is produced by bacteria. Remarkably, apo-pyoverdine abolished the iron-deficiency phenotype and restored the growth of plants maintained in the iron-deprived medium. In contrast to a P. fluorescens C7R12 strain impaired in apo-pyoverdine production, the wild-type C7R12 reduced the accumulation of anthocyanins in plants grown in iron-deficient conditions. Under this condition, apo-pyoverdine modulated the expression of around 2,000 genes. Notably, apo-pyoverdine positively regulated the expression of genes related to development and iron acquisition/redistribution while it repressed the expression of defense-related genes. Accordingly, the growth-promoting effect of apo-pyoverdine in plants grown under iron-deficient conditions was impaired in iron-regulated transporter1 and ferric chelate reductase2 knockout mutants and was prioritized over immunity, as highlighted by an increased susceptibility to Botrytis cinerea This process was accompanied by an overexpression of the transcription factor HBI1, a key node for the cross talk between growth and immunity. This study reveals an unprecedented mode of action of pyoverdine in Arabidopsis and demonstrates that its incidence on physiological traits depends on the plant iron status

Etude de la résistance de Cupriavidus metallidurans CH34 aux oxyanions sélénite et séléniate : accumulation, localisation et transformation du sélénium.

Selenium is an essential trace element for the living organisms but it is very toxic at high concentration. Selenite and selenate oxides, soluble forms, highly toxic and bio-assimilable, are the most prevalent forms in the environment. Some soil micro-organisms play a dominant role and contribute to the natural cycle of selenium. Our study model, Cupriavidus (formerly Ralstonia) metallidurans CH34, a telluric bacterium characteristic of metal-contaminated biotopes, is known to resist selenite by reducing it into elemental selenium, an insoluble and less toxic form of selenium. In order to better understand the mechanisms of selenium reduction in the bacteria, three methods of speciation were combined (XAS (XANES and EXAFS), HPLC-ICP-MS and SDS-PAGE-PIXE). They were completed by the direct quantification of selenium accumulated in the bacteria. Speciation analyses highlighted the existence of two mechanisms of reduction of selenium oxides in C. metallidurans CH34. Assimilation transforms selenite and selenate into organic selenium, identified as selenomethionine and leads to its non-specific incorporation into bacterial proteins (presence of selenious proteins). Detoxication precipitates selenite in nanoparticules of elemental selenium. This way of detoxication is not set up after an exposure to selenate although it is nevertheless possible to detect elemental selenium but in very small amount compared to the exposure of selenite. Selenodiglutathion is detected in bacteria stressed by an exposure to selenate in medium limited in sulphate. Bacteria exposed to selenite accumulate 25 times more selenium than when they are exposed to selenate. The study of mutants resistant to selenite, which do not express the membrane protein DedA, showed that the accumulation of selenium after exposure to selenite is decreased compared with the wild strain meaning probable link between the transport of selenite and the DedA protein. Finally, selenate would use the sulphate permease pathway for entering C. metallidurans CH34.Le sélénium est un élément trace essentiel pour les organismes vivants mais à forte concentration, il est très toxique. Les oxyanions sélénite et séléniate sont les formes les plus toxiques et prédominantes dans l'environnement. Certains micro-organismes jouent un rôle prépondérant en contribuant au cycle naturel du sélénium. Notre modèle d'étude Cupriavidus (anciennement Ralstonia) metallidurans CH34, bactérie tellurique issue de biotopes contaminés en métaux, est connu pour résister au sélénite (forme soluble du sélénium, très toxique et bio-assimilable) en le réduisant en sélénium élémentaire (forme précipitée insoluble et peu toxique). Afin de mieux comprendre les mécanismes de réduction du sélénium par les bactéries, trois méthodes de spéciation ont été combinées (SAX (XANES et EXAFS), HPLC-ICP-MS et SDS-PAGE-PIXE) et normalisées par la quantification du sélénium accumulé dans les bactéries. Les analyses de spéciation ont mis en évidence l'existence de deux voies de réduction du sélénium chez C. metallidurans CH34 : une voie d'assimilation transforme le sélénite et le séléniate en sélénium organique, identifié comme de la sélénométhionine et conduit à son incorporation dans des protéines bactériennes. L'espèce organique sélénométhionine semble être incorporée dans les protéines de façon non spécifique (présence de protéines séléniées). Une voie de détoxication précipite le sélénite en nanoparticules de sélénium élémentaire. Cette voie de détoxication ne se met pas en place après une exposition au séléniate malgré sa présence comme espèce minoritaire par rapport à l'exposition sélénite. Du sélénodiglutathion est détecté dans des bactéries stressées par une exposition au séléniate en milieu limité en sulfate. Les bactéries exposées à du sélénite accumulent 25 fois plus de sélénium que lorsqu'elles sont exposées à du séléniate. L'étude de mutants résistants au sélénite, n'exprimant pas la protéine membranaire DedA, a montré que l'accumulation du sélénium après exposition au sélénite est diminuée comparé à la souche sauvage signifiant un probable lien entre la prise en charge du sélénite et la protéine DedA. Enfin, le séléniate semble emprunter la sulfate perméase de C. metallidurans CH34

Quantifier en microscopie : Adaptation d’une méthode de comptage à la caractérisation de différences biologiques

National audiencePour mettre en évidence certains effets structurels de traitements appliqués aux plantes, nous avons mis au point, à l’unité microbiologie du sol et de l’environnement du centre Inra de Dijon, une méthode originale. Cette démarche a été initiée à partir du travail de Leborgne-Castel et al., 2007 pour exploiter des observations d’un effet structurel en réponse à un traitement donné. Notre apport a consisté à compléter cette approche quantitative par une méthode statistique de l’analyse qualitative d’images de microscopie électronique à transmission sur des coupes ultrafines de racines d’Arabidopsis thaliana. Nous avons pu valider cette méthode lors de comparaisons de l’abondance de vésicules dans les cellules de racines d’A. thaliana en présence ou non de fer chélaté à un sidérophore bactérien

La microdissection laser : une technique fine et ciblée

SPE BIOME INRA SPE BIOME INRASPEBIOME INRALe Microscope à Dissection Laser (MDL) est composé de l’association d’un microscope équipé d’objectifs permettant un grossissement x2 à x100 et d’un système optique de découpe laser. Il permet de microdisséquer de façon ciblée des échantillons biologiques, de type bactérien, animal ou végétal. Sa finesse de dissection permet de sélectionner, d’isoler puis de récupérer des cellules cibles afin de concentrer le matériel. Ainsi, il est possible de réaliser des analyses de transcriptomique, de génomique ou de protéomique à partir de cellules cibles. Avant de microdisséquer, la préparation des échantillons est primordiale pour s’assurer de récupérer une qualité et une quantité suffisante de cellules cibles. Après la préparation, les lames sont placées sur la platine de microdissection. A l’aide de l’interface informatique, on acquiert une image globale de la lame grâce à un balayage automatique du microscope. Deux modes sont possibles : -Infrarouge : mode sélectif -Infrarouge + ultraviolet : extraire une surfac

Étude de la résistance de Cupriavidus metallidurans CH34 aux oxyanions sélénite et séléniate (accumulation, localisation et transformation du sélénium)

Le sélénium est un élément trace essentiel pour les organismes vivants mais à forte concentration, il est très toxique. Les oxyanions sélénite et séléniate sont les formes les plus toxiques et prédominantes dans l environnement. Certains micro-organismes jouent un rôle prépondérant en contribuant au cycle naturel du sélénium. Notre modèle d étude Cupriavidus (anciennement Ralstonia) metallidurans CH34, bactérie tellurique issue de biotopes contaminés en métaux, est connu pour résister au sélénite (forme soluble du sélénium, très toxique et bio-assimilable) en le réduisant en sélénium élémentaire (forme précipitée insoluble et peu toxique). Afin de mieux comprendre les mécanismes de réduction du sélénium par les bactéries, trois méthodes de spéciation ont été combinées (SAX (XANES et EXAFS), HPLC-ICP-MS et SDS-PAGE-PIXE) et normalisées par la quantification du sélénium accumulé dans les bactéries. Les analyses de spéciation ont mis en évidence l existence de deux voies de réduction du sélénium chez C. metallidurans CH34 : une voie d assimilation transforme le sélénite et le séléniate en sélénium organique, identifié comme de la sélénométhionine et conduit à son incorporation dans des protéines bactériennes. L espèce organique sélénométhionine semble être incorporée dans les protéines de façon non spécifique (présence de protéines séléniées). Une voie de détoxication précipite le sélénite en nanoparticules de sélénium élémentaire. Cette voie de détoxication ne se met pas en place après une exposition au séléniate malgré sa présence comme espèce minoritaire par rapport à l exposition sélénite. Du sélénodiglutathion est détecté dans des bactéries stressées par une exposition au séléniate en milieu limité en sulfate. Les bactéries exposées à du sélénite accumulent 25 fois plus de sélénium que lorsqu elles sont exposées à du séléniate. L étude de mutants résistants au sélénite, n exprimant pas la protéine membranaire DedA, a montré que l accumulation du sélénium après exposition au sélénite est diminuée comparé à la souche sauvage signifiant un probable lien entre la prise en charge du sélénite et la protéine DedA. Enfin, le séléniate semble emprunter la sulfate perméase de C. metallidurans CH34Selenium is an essential trace element for the living organisms but it is very toxic at high concentration. Selenite and selenate oxides, soluble forms, highly toxic and bio-assimilable, are the most prevalent forms in the environment. Some soil micro-organisms play a dominant role and contribute to the natural cycle of selenium. Our study model, Cupriavidus (formerly Ralstonia) metallidurans CH34, a telluric bacterium characteristic of metal-contaminated biotopes, is known to resist selenite by reducing it into elemental selenium, an insoluble and less toxic form of selenium. In order to better understand the mechanisms of selenium reduction in the bacteria, three methods of speciation were combined (XAS (XANES and EXAFS), HPLC-ICP-MS and SDS-PAGE-PIXE). They were completed by the direct quantification of selenium accumulated in the bacteria. Speciation analyses highlighted the existence of two mechanisms of reduction of selenium oxides in C. metallidurans CH34. Assimilation transforms selenite and selenate into organic selenium, identified as selenomethionine and leads to its non-specific incorporation into bacterial proteins (presence of selenious proteins). Detoxication precipitates selenite in nanoparticules of elemental selenium. This way of detoxication is not set up after an exposure to selenate although it is nevertheless possible to detect elemental selenium but in very small amount compared to the exposure of selenite. Selenodiglutathion is detected in bacteria stressed by an exposure to selenate in medium limited in sulphate. Bacteria exposed to selenite accumulate 25 times more selenium than when they are exposed to selenate. The study of mutants resistant to selenite, which do not express the membrane protein DedA, showed that the accumulation of selenium after exposure to selenite is decreased compared with the wild strain meaning probable link between the transport of selenite and the DedA protein. Finally, selenate would use the sulphate permease pathway for entering C. metallidurans CH34GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Interactions réciproques entre plantes et <em>Pseudomonas</em> fluorescents en relation avec le fer rhizosphèrique

National audienc

Compréhension et valorisation des interactions entre plantes et microorganismes telluriques : des enjeux majeurs en agroécologie

SPEEABIOMELes plantes libèrent dans le sol une quantité importante de leurs photosynthétats sous forme de composés organiques (rhizodépôts) qui promeuvent l’abondance et l’activité microbienne dans la rhizosphère (zone de sol sous l’influence de la racine). Cependant toutes les populations microbiennes du sol ne bénéficient pas de ces ressources de façon équivalente. Ainsi, la plante recrute des populations particulières au sein du microbiote tellurique sur la base de la composition des rhizodépôts (sources trophiques et signalisations moléculaires). Parmi ces populations, certaines sont favorables à la nutrition, la croissance et la santé de la plante-hôte, de telle sorte que le coût représenté par la libération des rhizodépôts est compensé par les effets bénéfiques des populations entretenues par ces rhizodépôts. La sélection de populations particulières dans la rhizosphère est spécifique de la plante-hôte. La connaissance des traits végétaux sélectionnant les populations bénéfiques ainsi que celle des modes d’actions représentent des enjeux majeurs. Des progrès significatifs ont été réalisés dans ces domaines au cours des dernières années en particulier grâce à l’évolution des stratégies et méthodes d’analyses de la biodiversité et des activités microbiennes. Ces avancées ouvrent des perspectives stimulantes pour valoriser la biodiversité microbienne et les interactions plantes-microorganismes en vue de réduire l’utilisation d’intrants de synthèse en agroécologie