Polar membrane lipids and elemental composition of Thermococcus kodakarensis cells according to growth stage and phosphorus supply

We observed significant changes in the elemental and intact polar lipid (IPL) composition of the archaeon Thermococcus kodakarensis (KOD1) in response to growth stage and phosphorus supply. Reducing the amount of organic supplements and phosphate in growth media resulted in significant decreases in cell size and cellular quotas of carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P), which coincided with significant increases in cellular IPL quota and IPLs comprising multiple P atoms and hexose moieties. Relatively more cellular P was stored as IPLs in P-limited cells (2-8%) compared to control cells (<0.8%). We also identified a specific IPL biomarker containing a phosphatidyl-N-acetylhexoseamine headgroup that was relatively enriched during rapid cell division. These observations serve as empirical evidence of IPL adaptations in Archaea that will help to interpret the distribution of these biomarkers in natural systems. The reported cell quotas of C, N, and P represent the first such data for a specific archaeon and suggest that thermophiles are C-rich compared to the cell carbon-to-volume relationship reported for planktonic bacteria.

Endosymbiotic bacteria nodulating a new endemic lupine Lupinus mariae-josephi from alkaline soils in Eastern Spain represent a new lineage within the Bradyrhizobium genus

Lupinus mariae-josephi is a recently described endemic Lupinus species from a small area in Eastern Spain where it thrives in soils with active lime and high pH. The L. mariae-josephi root symbionts were shown to be very slow-growing bacteria with different phenotypic and symbiotic characteristics from those of Bradyrhizobium strains nodulating other Lupinus. Their phylogenetic status was examined by multilocus sequence analyses of four housekeeping genes (16S rRNA, glnII, recA, and atpD) and showed the existence of a distinct evolutionary lineage for L. mariae-josephi that also included Bradyrhizobium jicamae. Within this lineage, the tested isolates clustered in three different sub-groups that might correspond to novel sister Bradyrhizobium species. These core gene analyses consistently showed that all the endosymbiotic bacteria isolated from other Lupinus species of the Iberian Peninsula were related to strains of the B. canariense or B. japonicum lineages and were separate from the L. mariae-josephi isolates. Phylogenetic analysis based on nodC symbiotic gene sequences showed that L. mariae-josephi bacteria also constituted a new symbiotic lineage distant from those previously defined in the genus Bradyrhizobium. In contrast, the nodC genes of isolates from other Lupinus spp. from the Iberian Peninsula were again clearly related to the B. canariense and B. japonicum bv. genistearum lineages. Speciation of L. mariae-josephi bradyrhizobia may result from the colonization of a singular habitat by their unique legume host.

Lupinus mariae-josphi, a new lupin endemic of soils with active lime and high pH in South Eastern Spain, is nodulated by a new bacterial lineage within Bradyrhizobium genus

Lupinus mariae-josephi is a recently described species (Pascual, 2004) able to grow in soils with high pH and active lime content in the Valencia province (Spain). L. mariae-josephi endosymbionts are extremely slowgrowing bacteria with genetic and symbiotic characteristics that differentiate them from Bradyrhizobium strains nodulating Lupinus spp. native of the Iberian Peninsula and adapted to grow in acid soils. Cross-inoculation experiments revealed that all the endosymbiotic isolates from L. mariae-josephi tested are legume-host selective and are unable to nodulate species such as L. angustifolius, and L. luteus. In contrast, Bradyrhizobium strains from Lupinus spp. tested were able to nodulate L. mariae-josephi, although the nodules fixed nitrogen inefficiently. Phylogenetic analysis was performed with housekeeping genes (rrn, glnII, recA, atpD) and nodulation gene nodC. Housekeeping gene phylogeny revealed that L. mariae-josephi rhizobia form a strongly supported monophyletic group within Bradyrhizobium genus. This cluster also includes B. jicamae and certain strains of B. elkanii. Contrarily, isolates from other Lupinus spp. native of the Iberian Peninsula were grouped mainly within B. canariense and two B. japonicum lineages. Phylogenetic analysis of L. mariae-josephi isolates based on the nodC symbiotic gene defined a solid clade close to isolates from Algerian Retama spp. and to fast-growing rhizobia.

Análisis filogenético de bacterias endosimbióticas de Genista numidica

Los rizobios son bacterias del suelo capaces de formar unas estructuras especializadas en raíces de leguminosas donde reducen dinitrógeno. Algunas de estas leguminosas, como Genista numidica Spach, juegan un importante papel ecológico y económico por la fertilización y la remediación de suelos áridos, lo que ha impulsado el estudio y la caracterización de los rizobios específicos. En la presente investigación se analizan 53 cepas de rizobios aisladas de nódulos de raíces de G. numidica de la costa de Argelia. La diversidad genética de los aislados se llevó a cabo mediante la secuenciación del gen 16S rRNA y del espacio intergénico (ITS), región situada entre los genes 16S y 23S rRNA. Los endosimbiontes de G. numidica muestran una gran diversidad filogenética. Las secuencias de los aislados mostraron proximidad a ?-proteobacterias (Bradyrhizobium sp, Sphingobium sp) y ?-proteobacterias.

Presencia de sistemas de secreción de patógenos en bacterias endosimbióticas aisladas de Lupinus de la península Ibérica

Los rizobios son bacterias endosimbióticas capaces de fijar nitrógeno en estructuras especializadas de leguminosas. Esta simbiosis es altamente específica y depende, entre otros factores, de la capacidad de los rizobios de secretar prote��nas efectoras a las células vegetales. Se han descrito diferentes sistemas de secreción en patógenos animales y vegetales y posteriormente también se han encontrado en algunos rizobios. En este trabajo se presenta el estudio de varios sistemas de secreción identificados en dos cepas LmjC e ISLU101 aisladas de Lupinus marie-josephae y Lupinus angustifolius respectivamente. LmjC posee un sistema de secreción tipo III formado por agrupación de 33 genes cuya expresión dependería del activador transcripcional TtsI mediado a su vez por flavonoides secretados por la planta huésped. La cepa ISLU101 tiene dos sistemas de tipo VI de 19 y 16 genes cada uno. La importancia en la simbiosis de estos sistemas se está estudiando en estos momentos.

Caracterización de bacterias endosimbióticas de Cytisus triflorus, una leguminosa útil para la restauración de suelos en el norte de África

La restauración de suelos degradados y pobres del norte de África puede producirse gracias al crecimiento espontáneo de leguminosas arbustivas como Cytisus triflorus L¿Herit. Parte del éxito de esta planta se debe a que es capaz de formar nódulos en sus raíces ocupados por bacterias denominadas rizobios que aportan dinitrógeno atmosférico fijado a la planta a cambio de fotosintatos. En este trabajo se presenta la caracterización de 37 rizobios aislados de C. triflorus en el norte de Argelia. Se indica morfología y color de las colonias, tiempo de generación, capacidad de nodulación con distintas plantas hospedadoras y tipos de nódulos que forman.

Simbiosis bacteriana y conservación de flora amenazada: el caso del Lupinus mariae-josephae.

Lupinus mariae-josephae H. Pascual es un altramuz endémico de un reducido número de sitios en la Comunidad Valenciana, donde coloniza sustratos de ?terra rossa? sobre afloramientos de lapiaz. Descrito en 2004 a partir de plantas cultivadas, no pudo localizarse en campo hasta 2006, y el hallazgo de sus poblaciones ha estado estrechamente ligado a topónimos relativos a su nombre popular, ?tramús? en valenciano. Se ha demostrado la clara independencia genética, y en consecuencia el valor como ?buen taxon? de esta especie. Hasta ahora se han caracterizado y censado cinco poblaciones silvestres en diferentes localidades, y en todas ellas se observan fuertes fluctuaciones interanuales de sus efectivos, a veces acompañadas de importantes diferencias de vigor de los ejemplares; tres de estas poblaciones están actualmente protegidas mediante sendas microrreservas de flora. Algunos de estos núcleos poblacionales se componen en años concretos de formas poco vigorosas, que a menudo s��lo producen 1-2 frutos con 1-2 semillas; por el contrario, las formas más vigorosas pueden producir varias docenas de semillas. La emergencia de plántulas se produce con gran probabilidad tras años de progresiva escarificación de la cubierta de las semillas en el suelo, y probablemente se acelera por procesos de reducción de la cubierta vegetal como los incendios forestales. La germinación experimental ex situ s��lo se consigue satisfactoriamente mediante el pretratamiento de escaldado de las semillas.

Bradyrhizobium sp. lmjc necesita un sistema de secreción tipo III para nodular eficientemente al altramuz valenciano (Lupinus Mariae-Josephae).

La mayoría de las leguminosas establecen una simbiosis con bacterias denominadas rizobios que fijan dinitrógeno en estructuras especializadas llamadas nódulos a cambio de fotosintatos. Existen varios elementos que hacen esta interacción específica y efectiva, entre ellos se encuentra la presencia, en algunos rizobios, de estructuras tubulares que introducen prote��nas de la bacteria (efectores) en el citoplasma de células vegetales. En nuestro estudio de la interacción de la bacteria designada como Bradyrhizobium sp. LmjC con el altramuz valenciano L. mariae-josephae Pascual, hemos demostrado que existe uno de esos sistemas de secreción de tipo III y que éste es esencial para una simbiosis eficiente. Además hemos iniciado la caracterización de un posible efector denominado NopE y por último estamos estudiando otros rasgos fenotípicos de dicha bacteria como su resistencia a antibióticos, su crecimiento con distintas fuentes de carbono, su tiempo de generación y otras pruebas bioquímicas como la actividad ureasa.

Nitrogen fixation by native Bradyrhizobia in symbiosis with Lupinus mariae-josephae requires a T3SS encoding a NopE-like effector

Several bradyrhizobial isolates from L. mariae-josephae root nodules [1] contain a type III secretion system (T3SS) within a cluster of about 30 genes. Among those genes, ttsI codes for the transcriptional activator of the system. Mutation of ttsI resulted in the formation of white, non-fixing nodules with the natural legume host, L. mariae-josephae. The T3SS cluster also contains a gene coding for a NopE-like protein. NopE proteins have been demonstrated to be effectors in the Bradyrhizobium-soybean symbiosis [2] and belong to a small group of poorly characterized proteins from plant-associated bacteria that contain one or two autocleavage motifs known as DUF1521 (Schirrmeister et al. 2011). The amino acid sequence of a NopE-like protein in the L. mariae-josephae strain LmjC contains just one autocatalytic motif. This is unlike NopE1 and NopE2 proteins secreted by the T3SS of B. japonicum, that contain two motifs [3]. The autocleavage of LmjC NopE protein was analyzed after expression in E. coli and purification. Two protein fragments of the predicted sizes appeared in the presence of Ca2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+ and Mn2+ cations. In contrast, autocleavage did not take place in the presence of Ni2+, Co2+ or Mg2+. Site-directed mutagenesis of the DUF1521 motif in LmjC NopE abolished self-cleavage in vitro. Symbiotic competence of a NopE- mutant with the L. mariae-josephae host was not affected. Possible roles of NopE are discussed.