How Flagella Expression May be Regulated by the Carbon and Energy Source?

Bradyrhizobium diazoefficiens has two flagellar systems: a subpolar, constitutive system and a lateral, inducible system. Contrary to other bacterial species, the lateral system is induced in liquid medium in response to the carbon and energy source. Since both flagella are moved by the proton-motive force, a relationship between the energy status of the cell and the signal that triggers lateral flagella expression might exist. Here I discuss how this relationship may control the induction of the lateral flagellar system, and its implicancies for improvement of Bradyrhizobium-based inoculants for soybean plants.Instituto de Biotecnologia y Biologia Molecula

Jornadas de Microbiología Agrícola : Resúmenes

Resúmenes presentados en comunicaciones orales el 13 y 14 de octubre de 2022, Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales (UNLP), La Plata, Argentina.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Interrogantes en la tecnología de la inoculación de semillas de soja con <i>Bradyrhizobium</i> spp.

Con el fin de aprovechar la fijación simbiótica de nitrógeno, el cultivo de soja se inocula con cepas seleccionadas de Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium diazoefficiens o Bradyrhizobium elkanii (conjuntamente referidas como Bradyrhizobium spp.). El método más común de hacerlo es la inoculación en semillas, ya sea que esta se realice en el momento previo a la siembra o que se utilicen semillas preinoculadas o pretratadas mediante el tratamiento profesional de semillas. La metodología de inoculación no debe limitarse a recubrir las semillas con rizobios vivos, sino que también debe optimizar las chances de esos rizobios para infectar las raíces y nodular. Para ello los rizobios inoculados deben estar en una cantidad y un estado tales que les permitan superar la competición ejercida por los rizobios de la población alóctona del suelo, los cuales usualmente son menos eficaces para la fijación de nitrógeno y así diluyen el efecto de la inoculación sobre el rendimiento. Esta optimización requiere resolver algunos interrogantes, que son abordados en el presente artículo. Concluyo que los aspectos que requieren más investigación son la adhesión y supervivencia de los rizobios en las semillas, la liberación de los rizobios una vez que las semillas se depositan en el suelo y el movimiento de los rizobios desde las inmediaciones de las semillas hasta los sitios de infección en las raíces.With the aim of exploiting symbiotic nitrogen fixation, soybean crops are inoculated with selected strains of Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium diazoefficiens or Bradyrhizobium elkanii (collectively referred to as Bradyrhizobium spp.). The most common method of inoculation used is seed inoculation, whether performed immediately before sowing or using preinoculated seeds or pretreated seeds by the professional seed treatment. The methodology of inoculation should not only cover the seeds with living rhizobia, but must also optimize the chances of these rhizobia to infect the roots and nodulate. To this end, inoculated rhizobia must be in such an amount and condition that would allow them to overcome the competition exerted by the rhizobia of the allochthonous population of the soil, which are usually less effective for nitrogen fixation and thus dilute the effect of inoculation on yield. This optimization requires solving some queries related to the current knowledge of seed inoculation, which are addressed in this article. I conclude that the aspects that require further research are the adhesion and survival of rhizobia on seeds, the release of rhizobia once the seeds are deposited in the soil, and the movement of rhizobia from the vicinity of the seeds to the infection sites in the roots.Facultad de Ciencias Exacta

Interrogantes en la tecnología de la inoculación de semillas de soja con <i>Bradyrhizobium</i> spp.

Con el fin de aprovechar la fijación simbiótica de nitrógeno, el cultivo de soja se inocula con cepas seleccionadas de Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium diazoefficiens o Bradyrhizobium elkanii (conjuntamente referidas como Bradyrhizobium spp.). El método más común de hacerlo es la inoculación en semillas, ya sea que esta se realice en el momento previo a la siembra o que se utilicen semillas preinoculadas o pretratadas mediante el tratamiento profesional de semillas. La metodología de inoculación no debe limitarse a recubrir las semillas con rizobios vivos, sino que también debe optimizar las chances de esos rizobios para infectar las raíces y nodular. Para ello los rizobios inoculados deben estar en una cantidad y un estado tales que les permitan superar la competición ejercida por los rizobios de la población alóctona del suelo, los cuales usualmente son menos eficaces para la fijación de nitrógeno y así diluyen el efecto de la inoculación sobre el rendimiento. Esta optimización requiere resolver algunos interrogantes, que son abordados en el presente artículo. Concluyo que los aspectos que requieren más investigación son la adhesión y supervivencia de los rizobios en las semillas, la liberación de los rizobios una vez que las semillas se depositan en el suelo y el movimiento de los rizobios desde las inmediaciones de las semillas hasta los sitios de infección en las raíces.With the aim of exploiting symbiotic nitrogen fixation, soybean crops are inoculated with selected strains of Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium diazoefficiens or Bradyrhizobium elkanii (collectively referred to as Bradyrhizobium spp.). The most common method of inoculation used is seed inoculation, whether performed immediately before sowing or using preinoculated seeds or pretreated seeds by the professional seed treatment. The methodology of inoculation should not only cover the seeds with living rhizobia, but must also optimize the chances of these rhizobia to infect the roots and nodulate. To this end, inoculated rhizobia must be in such an amount and condition that would allow them to overcome the competition exerted by the rhizobia of the allochthonous population of the soil, which are usually less effective for nitrogen fixation and thus dilute the effect of inoculation on yield. This optimization requires solving some queries related to the current knowledge of seed inoculation, which are addressed in this article. I conclude that the aspects that require further research are the adhesion and survival of rhizobia on seeds, the release of rhizobia once the seeds are deposited in the soil, and the movement of rhizobia from the vicinity of the seeds to the infection sites in the roots.Facultad de Ciencias Exacta

Control de la movilidad en Bradyrhizobium spp. por diferentes fuentes de carbono

Algunas especies del género Bradyrhizobium, tales como B. diazoefficiens y B. japonicum poseen dos sistemas de flagelos. Mientras uno de ellos es subpolar y constitutivo, el otro es lateral e inducible por la fuente de carbono, entre otras señales. Así, los rizobios crecidos con arabinosa expresan ambos sistemas flagelares, pero aquellos crecidos con manitol sólo expresan el sistema subpolar. Para comparar la fisiología bacteriana en ambas fuentes de carbono realizamos un estudio proteómico.Facultad de Ciencias Exacta

Interrogantes en la tecnología de la inoculación de semillas de soja con <i>Bradyrhizobium</i> spp.

Con el fin de aprovechar la fijación simbiótica de nitrógeno, el cultivo de soja se inocula con cepas seleccionadas de Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium diazoefficiens o Bradyrhizobium elkanii (conjuntamente referidas como Bradyrhizobium spp.). El método más común de hacerlo es la inoculación en semillas, ya sea que esta se realice en el momento previo a la siembra o que se utilicen semillas preinoculadas o pretratadas mediante el tratamiento profesional de semillas. La metodología de inoculación no debe limitarse a recubrir las semillas con rizobios vivos, sino que también debe optimizar las chances de esos rizobios para infectar las raíces y nodular. Para ello los rizobios inoculados deben estar en una cantidad y un estado tales que les permitan superar la competición ejercida por los rizobios de la población alóctona del suelo, los cuales usualmente son menos eficaces para la fijación de nitrógeno y así diluyen el efecto de la inoculación sobre el rendimiento. Esta optimización requiere resolver algunos interrogantes, que son abordados en el presente artículo. Concluyo que los aspectos que requieren más investigación son la adhesión y supervivencia de los rizobios en las semillas, la liberación de los rizobios una vez que las semillas se depositan en el suelo y el movimiento de los rizobios desde las inmediaciones de las semillas hasta los sitios de infección en las raíces.With the aim of exploiting symbiotic nitrogen fixation, soybean crops are inoculated with selected strains of Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium diazoefficiens or Bradyrhizobium elkanii (collectively referred to as Bradyrhizobium spp.). The most common method of inoculation used is seed inoculation, whether performed immediately before sowing or using preinoculated seeds or pretreated seeds by the professional seed treatment. The methodology of inoculation should not only cover the seeds with living rhizobia, but must also optimize the chances of these rhizobia to infect the roots and nodulate. To this end, inoculated rhizobia must be in such an amount and condition that would allow them to overcome the competition exerted by the rhizobia of the allochthonous population of the soil, which are usually less effective for nitrogen fixation and thus dilute the effect of inoculation on yield. This optimization requires solving some queries related to the current knowledge of seed inoculation, which are addressed in this article. I conclude that the aspects that require further research are the adhesion and survival of rhizobia on seeds, the release of rhizobia once the seeds are deposited in the soil, and the movement of rhizobia from the vicinity of the seeds to the infection sites in the roots.Facultad de Ciencias Exacta

Robustness in <i>Escherichia coli</i> glutamate and glutamine synthesis studied by a kinetic model

Metabolic control of glutamine and glutamate synthesis from ammonia and oxoglutarate in Escherichia coli is tight and complex. In this work, the role of glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (GDH) regulation in this control was studied. Both enzymes form a linear pathway, which can also have a cyclic topology if glutamate–oxoglutarate amino transferase (GOGAT) activity is included. We modelled the metabolic pathways in the linear or cyclic topologies using a coupled nonlinear differential equations system. To simulate GS regulation by covalent modification, we introduced a relationship that took into account the levels of oxoglutarate and glutamine as signal inputs, as well as the ultrasensitive response of enzyme adenylylation. Thus, by including this relationship or not, we were able to model the system with or without GS regulation. In addition, GS and GDH activities were changed manually. The response of the model in different stationary states, or under the influence of N-input exhaustion or oscillation, was analyzed in both pathway topologies. Our results indicate a metabolic control coefficient for GDH ranging from 0.94 in the linear pathway with GS regulation to 0.24 in the cyclic pathway without regulation, employing a default GDH concentration of 8 μM. Thus, in these conditions, GDH seemed to have a high degree of control in the linear pathway while having limited influence in the cyclic one. When GS was regulated, system responses to N-input perturbations were more sensitive, especially in the cyclic pathway. Furthermore, we found that effects of regulation against perturbations depended on the relative values of the glutamine and glutamate output first-order kinetic constants, which we named k6 and k7, respectively. Effects of regulation grew exponentially with a factor around 2, with linear increases of (k7 − k6). These trends were sustained but with lower differences at higher GS concentration. Hence, GS regulation seemed important for metabolic stability in a changing environment, depending on the cell’s metabolic status.Instituto de Biotecnologia y Biologia MolecularFacultad de Ingenierí

Soil bacteria: transport in bidimensional porous media

Bradyrhizobium diazoefficiens es una bacteria de suelo muy utilizada como inoculante para la fijación simbiótica de nitrógeno en soja. Para que se produzca la simbiosis, estas bacterias deben desplazarse hasta los sitios de infección en las raı́ces, por lo cual la comprensión de su movilidad en el suelo es muyrelevante. En este trabajo se presenta un estudio numérico de las propiedades de transporte de poblaciones bacterianas con dinámica de Langevin, en medios porosos bidimensionales, con obstáculos circulares. Se estudia el coeficiente de difusión traslacional variando la densidad y el radio de los defectos. Se encontró una dependencia de la difusión con el radio de los defectos, a mayor radio, menor difusión a una misma densidad de defectos. Estos resultados ayudan a la comprensión de la difusión de bacterias en medios porosos y puede contribuir al mejor diseño de dispositivos de microfluı́dica para su estudio en el laboratorio.Bradyrhizobium diazoefficiens is a soil bacteria used as inoculant for fixing nitrogen in symbiosis with soybean. Bacteria should move close to the roots for infection. Therefore, its motility properties into soil is crucial to be understood. In this work we present a numerical study of bacteria transport properties in 2D porous media using Langevin dynamics. We use solid disks as obstacles. Translational diffusion coefficient is studied as a function of obstacles density and radius. At constant density, we find that diffusion decays while radius increases. These results may help to understand bacteria diffusion in porous media and to improve the design of microfluidics devices for studies in laboratory.Instituto de Biotecnologia y Biologia Molecula

Soil bacteria: transport in bidimensional porous media

Bradyrhizobium diazoefficiens es una bacteria de suelo muy utilizada como inoculante para la fijación simbiótica de nitrógeno en soja. Para que se produzca la simbiosis, estas bacterias deben desplazarse hasta los sitios de infección en las raı́ces, por lo cual la comprensión de su movilidad en el suelo es muyrelevante. En este trabajo se presenta un estudio numérico de las propiedades de transporte de poblaciones bacterianas con dinámica de Langevin, en medios porosos bidimensionales, con obstáculos circulares. Se estudia el coeficiente de difusión traslacional variando la densidad y el radio de los defectos. Se encontró una dependencia de la difusión con el radio de los defectos, a mayor radio, menor difusión a una misma densidad de defectos. Estos resultados ayudan a la comprensión de la difusión de bacterias en medios porosos y puede contribuir al mejor diseño de dispositivos de microfluı́dica para su estudio en el laboratorio.Bradyrhizobium diazoefficiens is a soil bacteria used as inoculant for fixing nitrogen in symbiosis with soybean. Bacteria should move close to the roots for infection. Therefore, its motility properties into soil is crucial to be understood. In this work we present a numerical study of bacteria transport properties in 2D porous media using Langevin dynamics. We use solid disks as obstacles. Translational diffusion coefficient is studied as a function of obstacles density and radius. At constant density, we find that diffusion decays while radius increases. These results may help to understand bacteria diffusion in porous media and to improve the design of microfluidics devices for studies in laboratory.Instituto de Biotecnologia y Biologia Molecula