Toxicity of chlorobenzenes to a lux-marked terrestrial bacterium, Pseudomonas fluorescens

Insertion of lux genes, encoding for bioluminescence in naturally bioluminescent marine bacteria, into the genome of Pseudomonas fluorescens resulted in a bioluminescent strain of this terrestrial bacterium. The lux- marked bacterium was used to toxicity test the chlorobenzene series. By correlating chlorobenzenes 50% effective concentration (EC50) values against physiochemical parameters, the physiochemical properties of chlorobenzenes that elicit toxic responses were investigated. The results showed that the more chlorinated the compounds, the more toxic they were to lux-marked P. fluorescens. Furthermore, it was shown that the more symmetrical the compound, the greater its toxicity to P. fluorescens. In general, the toxicity of a chlorobenzene was inversely proportional to its solubility (S) and directly proportional to its lipophilicity (K(ow). By correlating lux- marked P. fluorescens EC50 values, determined for chlorobenzenes, with toxicity values determined using Pimephales promelas (fathead minnow), Cyclotella meneghiniana (diatom), and Vibrio fischeri (marine bacterium), it was apparent that lux-marked P. fluorescens correlated well with freshwater species such as the diatoms and fathead minnow but not with the bioluminescent marine bacterium V. fischeri. The implications of these findings are that a terrestrial bacterium such as P. fluorescens should be used for toxicity testing of soils and freshwaters rather than the marine bacterium V. fischeri.

Anàlisi polifàsica de soques de "Pseudomonas fluorescens" potencials agents de biocontrol de malalties de fruiters

Molts bacteris del grup fluorescent del gènere Pseudomonas són capaços de controlar malalties de les plantes causades per fongs i bacteris fitopatògens (ACBs) o mostren activitat com a bacteris promotors del creixement de les plantes (BPCPs). S'han descrit diversos metabòlits que intervenen de manera important en la seva activitat com a ACBs i BPCPs entre els quals en destaquen el 2,4-diacetilfloroglucinol (Phl), àcid fenazin-1-carboxílic (PCA), Pirrolnitrina (Prn), àcid cianhídric (HCN), àcid 3-indolacètic (IAA), sideròfors i quitinases. L'objectiu principal del nostre treball ha estat la comparació de les característiques d'un grup de Pseudomonas del grup fluorescent utilitzant una aproximació polifàsica amb la finalitat d'establir possibles relacions entre algunes de les característiques i la capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Atesa la importància en el biocontrol de la producció de metabòlits com Phl, PCA i Prn, l'objectiu preliminar ha estat la recerca i obtenció de soques productores d'aquests metabòlits. Per assolir aquest objectiu s'ha emprat una aproximació molecular basada en la detecció dels gens biosintètics implicats en la seva producció en lloc de la detecció directa dels metabòlits per evitar els efectes que poden tenir les condicions de cultiu en la inducció o repressió de la seva síntesi. S'han realitzat diferents protocols basats (i) en la cerca assistida de productors mitjançant l'ús de marcadors fenotípics i posterior confirmació per PCR i, (ii) en l'ús de la PCR per a la detecció dels gens directament dels extractes bacterians, d'enriquiments d'aquests extractes i la realització de la hibridació en colònies per al posterior aïllament. La cerca assistida de productors de Phl mitjançant marcadors fenotípics i posteriorment la utilització de tècniques moleculars (amplificació per PCR del gen phlD), ha estat el millor mètode en el tipus de mostres processades en el nostre treball, on la proporció de productors és relativament baixa. En total s'han aïllat a partir de diversos ambients 4 soques portadores dels gens de la síntesi de PCA, 15 de Phl i 1 de Prn. S'ha constituït una col·lecció de 72 soques de Pseudomonas del grup fluorescent que inclou 18 aïllats propis portadors dels gens biosintètics necessaris per la producció de Phl PCA i Prn; 6 soques de referència procedents de col·leccions de cultius tipus, 14 soques productores dels diferents antibiòtics cedides per altres investigadors i una selecció de 34 soques procedents d'un treball previ realitzat en el nostre grup de recerca. A la col·lecció s'hi troben soques candidates a ACB i BPCP de diverses malalties i plantes. Les 72 soques s'han caracteritzat fenotípica i genotípicament. La caracterització fenotípica s'ha portat a terme mitjançant la identificació a nivell d'espècie amb galeries API 20NE i proves bioquímiques específiques; la producció de metabòlits com PCA, Phl, Prn, IAA, HCN, quitinases i sideròfors mitjançant l'ús de diferents tècniques; antagonisme in vitro en diversos medis enfront dos fongs (Stemphylium vesicarium i Penicillium expansum) i tres bacteris fitopatògens (Erwinia amylovora, Pseudomonas syringae pv. syringae i Xanthomonas arboricola pv. juglandis); l'eficàcia de la inhibició de la infecció en bioassaigs in vivo sobre material vegetal enfront els fongs P. expansum en poma i S. vesicarium en fulles de perera i enfront el bacteri E. amylovora en fruits immadurs de perera i, finalment, en assaigs de promoció de creixement en dos portaempelts comercials de Prunus. Cal destacar que P. expansum causa la podridura blava en pomes i peres en postcollita, S. vesicarium la taca bruna de la perera i E. amylovora el foc bacterià de les rosàcies. El nombre de soques de Pseudomonas, sobre el total de les 72 estudiades, productores d'IAA (4) i quitinases (6) és baix, mentre que és elevat en el cas del HCN (32), que a més està associat a la producció de Phl. Els resultats obtinguts en l'antagonisme in vitro han mostrat en el cas dels bacteris que és dependent del patogen indicador i del medi de cultiu. La presència o absència de ferro no sembla ser un factor que potencií l'antagonisme. En el cas dels fongs no s'ha observat però, influència del medi de cultiu emprat. En el total de 72 soques s'ha observat un percentatge baix de soques que manifesten antagonisme en tots els medis assajats vers 3 o 4 dels patògens (7). Solament 2 d'aquestes 7 soques han mostrat ser també efectives en bioassaigs d'inhibició de les infeccions causades per 2 dels 3 patògens assajats. Algunes de les soques efectives en els bioassaigs no són antagonistes in vitro en cap dels medis assajats enfront el mateix patogen. En el cas de la promoció del creixement, s'han observat més soques promotores del creixement del portaempelts de prunera Marianna 2624 que no en l'híbrid de presseguer-ametller GF677 i les eficàcies assolides són també majors en el cas de Marianna 2624, detectant una elevada especificitat soca/portaempelts La caracterització genotípica s'ha realitzat mitjançant l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de restricció de DNA ribosomal (RFLP-rDNA) i l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de macrorestricció genòmica de DNA cromosòmic separats per electroforesi en camp polsant (MRFLP-PFGE). Ambdues anàlisis van mostrar una gran heterogeneïtat genètica entre les soques caracteritzades i no s'ha pogut relacionar les agrupacions obtingudes amb les característiques fenotípiques o capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Els patrons de macrorestricció genòmica (MRFLP-PFGE) del bacteri model P. fluorescens EPS288 són estables en el temps i independents de les condicions de cultiu assajades al laboratori o en mostres naturals, mostrant ser una tècnica eficaç en la identificació de reaïllats de mostres naturals inoculades prèviament amb el bacteri. Una selecció de soques que comparteixen el fet de produir floroglucinol s'han caracteritzat mitjançant RFLP i seqüenciació del gen phlD. S'ha establert una relació entre les agrupacions obtingudes en les anàlisis RFLP-rDNA, RFLP-phlD i les seqüències del gen. En l'anàlisi filogenètica de les seqüències del gen phlD s'ha observat un elevat grau de polimorfisme obtenint-se 3 agrupacions principals. Les agrupacions semblen relacionar-se amb els patrons de producció de metabòlits (Phl, HCN i Prn en una primera agrupació; Phl i HCN en la segona i solament Phl en la tercera), però aquestes no s'han pogut relacionar amb l'origen geogràfic de les soques o la seva activitat com a ACBs i/o BPCP. Amb les dades obtingudes de la caracterització fenotípica i genotípica s'ha realitzat una anàlisi multivariant (correspondències, correlacions d'Spearman i de freqüències amb variables categòriques). S'ha demostrat la importància de disposar d'una tècnica que permeti depurar una col·lecció de soques descartant les soques genèticament idèntiques, ja que influeixen en els resultats de les anàlisis. Pels tres patògens assajats com a indicadors i els dos portaempelts emprats, no s'ha observat cap correlació entre la inhibició de la infecció o la promoció del creixement amb les característiques fenotípiques i genotípiques de les soques que fos significatiu i consistent en les tres tècniques emprades.

Caracterització de metabòlits produïts per soques de "Pseudomonas fluorescens" efectives en el control biològic de fongs fitopatògens

El principal objectiu d'aquest treball ha estat estudiar la producció de metabòlits amb activitat antibiòtica per soques de l'espècie Pseudomonas fluorescens de la col·lecció EPS, i també avaluar la seva potencialitat com a agents de biocontrol. Es va disposar també de diverses soques de P. fluorescens, cedides per altres investigadors, que van utilitzar-se com a referència perquè algunes són actives en control biològic i produeixen metabòlits secundaris d'interès en el biocontrol de malalties de plantes. La present memòria s'estructura en cinc capítols, que són, introducció al control biològic, descripció de l'etapa de selecció de soques i cerca dels metabòlits produïts, estudi de la producció d'HCN per la soca EPS288, estudi de la producció de l'antibiòtic 2,4-diacetilfloroglucinol (DAPG), i finalment, el darrer capítol, on s'ha estudiat la producció de DAPG sobre material vegetal i la capacitat de colonitzar arrels per diverses soques d'interès. En l'etapa de prospecció, va demostrar-se que un 37% del total de les soques de la col·lecció EPS produïen HCN, totes de l'espècie P. fluorescens, i un 90% d'aquestes provenien de les arrels de plantes. Es va confirmar la producció dels metabòlits secundaris 2,4-diacetilfloroglucinol, àcid fenazina-1-carboxílic, i pirrolnitrina, per diverses soques de la col·lecció EPS seleccionades mitjançant tècniques moleculars. Així, de la col·lecció EPS, les soques EPS317 i EPS808 produeixen DAPG, la EPS263 àcid fenazina-1-carboxílic i pirrolnitrina i, EPS894, EPS895, EPS945 produeixen àcid fenazina-1-carboxílic. La producció d'HCN es va estudiar més exhaustivament en la soca EPS288, seleccionada per la seva activitat antifúngica i candidata a agent de biocontrol contra Stemphylium vesicarium, causant de la estemfiliosi de la perera, i contra Penicillium expansum, causant de la podridura blava en conservació de fruita a postcollita. Per aquest estudi, es va dissenyar i validar un sistema per recollir l'HCN a partir de cultius en medi líquid. S'ha demostrat que la temperatura d'incubació, la concentració cel·lular de sembra i la composició del medi de cultiu afectaven a la producció d'HCN. Els medis complexos i la glicina n'afavorien la síntesi i la font de carboni no afectava. La soca EPS288 va produir més HCN que P. fluorescens CHA0, soca de referència productora d'HCN i descrita com a activa en processos de biocontrol de fongs fitopatògens. En l'estudi de la producció de DAPG, les soques de la col·lecció EPS i de referència, es van comparar en diversos medis de cultiu estudiant l'efecte de la complexitat i consistència del medi, i l'addició de ferro o de glucosa. Va demostrar-se que la producció de DAPG depèn principalment de la soca i de les característiques del medi de cultiu. La glucosa estimula la producció, mentre que el ferro pràcticament no afecta, i en general, el medi sòlid i complex estimula la producció de DAPG. Tanmateix, aquests efectes varien en alguna de les soques assajades donant lloc a comportaments singulars. En el seguiment del creixement amb un sistema automàtic es va comprovar que la velocitat específica de creixement i la concentració cel·lular assolida al final del cultiu, estaven condicionades per la composició del medi de cultiu. En les proves d'antagonisme vers fitopatògens que foren seleccionats com a indicadors, va observar-se que tant l'antagonisme in vitro com la inhibició d'infeccions sobre material vegetal estaven parcialment relacionades amb la producció dels metabòlits secundaris estudiats. La promoció del creixement de portaempelts per aquestes soques depenia de la soca i de l'hoste, però no es pogué establir una relació causa-efecte amb el metabòlits produïts. També es va comprovar que algunes de les soques podien sobreviure en ferides de pomes i de peres, on produïren DAPG. Mutants resistents a rifampicina de diverses soques de la col·lecció EPS i de referència es van inocular en llavors de pomera i de tomatera que es van sembrar i incubar en condicions controlades. Es va fer el seguiment de la població bacteriana total i resistent a rifampicina present a les arrels durant 72 dies. Totes les soques van colonitzar les arrels de les plantes, mantenint una elevada població durant 37 dies, cap d'elles va estimular el creixement ni mostrar efectes fitotòxics, no afectant tampoc signicativament a la població bacteriana espontània de les arrels. La soca EPS808, una de les seleccionades pel treball, va aconseguir uns nivells de producció de DAPG, una velocitat de creixement i una supervivència relativa a les arrels similar a altres soques de referència descrites com a bons agents de biocontrol. En conseqüència, se la considera una candidata a agent de biocontrol que hauria de ser objecte de futurs estudis d'eficàcia.

Development of molecular monitoring methods and assessment of the environmental fate of the biological control agent of fire blight Pseudomonas fluorescens EPS62e

Pseudomonas fluorescens EPS62e es va seleccionar com a agent de biocontrol del foc bacterià per la seva eficàcia en el control de Erwinia amylovora. En aquest treball es van desenvolupar mètodes de traçabilitat que van permetre la seva detecció específica i quantificació. Mitjançant les tècniques RAPD i U-PCR es van obtenir fragments d'amplificació diferencial per EPS62e que es van seqüenciar i caracteritzar com marcadors SCAR per dissenyar una PCR en temps real. La PCR a temps real es va utilitzar simultàniament amb mètodes microbiològics per estudiar l'adaptabilitat epifítica de EPS62e en pomera i perera. L'ús combinat de mètodes microbiològics i moleculars va permetre la identificació de tres estats fisiològics de EPS62e: la colonització activa, l'entrada en un estat de viable però no cultivable, i la mort cel·lular. Aquest treball mostra que EPS62e està ben adaptada a la colonització de flors a camp, encoratjant la seva utilització dins d'una estratègia de control biològic contra el foc bacterià.

Genomic and genetic analyses of diversity and plant interactions of Pseudomonas fluorescens

Background: Pseudomonas fluorescens are common soil bacteria that can improve plant health through nutrient cycling, pathogen antagonism and induction of plant defenses. The genome sequences of strains SBW25 and Pf0-1 were determined and compared to each other and with P. fluorescens Pf-5. A functional genomic in vivo expression technology (IVET) screen provided insight into genes used by P. fluorescens in its natural environment and an improved understanding of the ecological significance of diversity within this species. Results: Comparisons of three P. fluorescens genomes (SBW25, Pf0-1, Pf-5) revealed considerable divergence: 61% of genes are shared, the majority located near the replication origin. Phylogenetic and average amino acid identity analyses showed a low overall relationship. A functional screen of SBW25 defined 125 plant-induced genes including a range of functions specific to the plant environment. Orthologues of 83 of these exist in Pf0-1 and Pf-5, with 73 shared by both strains. The P. fluorescens genomes carry numerous complex repetitive DNA sequences, some resembling Miniature Inverted-repeat Transposable Elements (MITEs). In SBW25, repeat density and distribution revealed 'repeat deserts' lacking repeats, covering approximately 40% of the genome. Conclusions: P. fluorescens genomes are highly diverse. Strain-specific regions around the replication terminus suggest genome compartmentalization. The genomic heterogeneity among the three strains is reminiscent of a species complex rather than a single species. That 42% of plant-inducible genes were not shared by all strains reinforces this conclusion and shows that ecological success requires specialized and core functions. The diversity also indicates the significant size of genetic information within the Pseudomonas pan genome.

Testing temperature-induced proteomic changes in the plant-associated bacterium Pseudomonas fluorescens SBW25.

Traits used by bacteria to enhance ecological performance in natural environments are not well understood. Recognizing that the saprophytic plant-colonizing bacterium Pseudomonas fluorescens SBW25 experiences temperatures in its natural environment significantly cooler than the 28°C routinely used in the laboratory, we identified proteins differentially expressed between 28°C and the more environmentally relevant temperature of 14°C. Of 2102 protein isoforms, 32 were temperature responsive and identified by mass spectrometry. Seven of these (OmpR, MucD, GuaD, OsmY and three of unknown function, Tee1, Tee2 and Tee3) were selected for genetic and ecological analyses. In each instance, changes in protein expression with temperature were mirrored by parallel transcriptional changes. The fitness contribution of the genes encoding each of the seven proteins was larger at 14°C than 28°C and included two cases of trade-offs (enhanced fitness at one temperature and reduced fitness at the other – mucD and tee2 deletions). The relationship between the fitness effects of genes in vitro and in vivo was variable, but two temperature-responsive genes – osmY and mucD – contribute substantially to the ability of P. fluorescens to colonize the plant environment.

The rulB gene of plasmid pWW0 is a hotspot for the site-specific insertion of integron-like elements found in the chromosomes of environmental Pseudomonas fluorescens group bacteria

The rulAB operon of Pseudomonas spp. confers fitness traits on the host and has been suggested to be a hotspot for insertion of mobile elements that carry avirulence genes. Here, for the first time, we show that rulB on plasmid pWW0 is a hotspot for the active site-specific integration of related integron-like elements (ILEs) found in six environmental pseudomonads (strains FH1–FH6). Integration into rulB on pWW0 occurred at position 6488 generating a 3 bp direct repeat. ILEs from FH1 and FH5 were 9403 bp in length and contained eight open reading frames (ORFs), while the ILE from FH4 was 16 233 bp in length and contained 16 ORFs. In all three ILEs, the first 5.1 kb (containing ORFs 1–4) were structurally conserved and contained three predicted site-specific recombinases/integrases and a tetR homologue. Downstream of these resided ORFs of the ‘variable side’ with structural and sequence similarity to those encoding survival traits on the fitness enhancing plasmid pGRT1 (ILEFH1 and ILEFH5) and the NR-II virulence region of genomic island PAGI-5 (ILEFH4). Collectively, these ILEs share features with the previously described type III protein secretion system effector ILEs and are considered important to host survival and transfer of fitness enhancing and (a)virulence genes between bacteria.

The biosurfactant viscosin produced by Pseudomonas fluorescens SBW25 aids spreading motility and plant growth promotion

Food security depends on enhancing production and reducing loss to pests and pathogens. A promising alternative to agrochemicals is the use of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR), which are commonly associated with many, if not all, plant species. However, exploiting the benefits of PGPRs requires knowledge of bacterial function and an in-depth understanding of plant-bacteria associations. Motility is important for colonization efficiency and microbial fitness in the plant environment, but the mechanisms employed by bacteria on and around plants are not well understood. We describe and investigate an atypical mode of motility in Pseudomonas fluorescens SBW25 that was revealed only after flagellum production was eliminated by deletion of the master regulator fleQ. Our results suggest that this ‘spidery spreading’ is a type of surface motility. Transposon mutagenesis of SBW25ΔfleQ (SBW25Q) produced mutants, defective in viscosin production, and surface spreading was also abolished. Genetic analysis indicated growth-dependency, production of viscosin, and several potential regulatory and secretory systems involved in the spidery spreading phenotype. Moreover, viscosin both increases efficiency of surface spreading over the plant root and protects germinating seedlings in soil infected with the plant pathogen Pythium. Thus, viscosin could be a useful target for biotechnological development of plant growth promotion agents.

Vanillin production from ferulic acid with Pseudomonas fluorescens BF13-1p4

Bioconversion of ferulic acid to vanillin represents an attractive opportunity for replacing synthetic vanillin with a bio-based product, that can be label “natural”, according to current food regulations. Ferulic acid is an abundant phenolic compound in cereals processing by-products, such as wheat bran, where it is linked to the cell wall constituents. In this work, the possibility of producing vanillin from ferulic acid released enzymatically from wheat bran was investigated by using resting cells of Pseudomonas fluorescens strain BF13-1p4 carrying an insertional inactivation of vdh gene and ech and fcs BF13 genes on a low copy number plasmid. Process parameters were optimized both for the biomass production phase and the bioconversion phase using food-grade ferulic acid as substrate and the approach of changing one variable while fixing the others at a certain level followed by the response surface methodology (RSM). Under optimized conditions, vanillin up to 8.46 mM (1.4 g/L) was achieved, whereas highest productivity was 0.53 mmoles vanillin L-1 h-1). Cocktails of a number of commercial enzyme (amylases, xylanases, proteases, feruloyl esterases) combined with bran pre-treatment with steam explosion and instant controlled pressure drop technology were then tested for the release of ferulic acid from wheat bran. The highest ferulic acid release was limited to 15-20 % of the ferulic acid occurring in bran, depending on the treatment conditions. Ferulic acid 1 mM in enzymatic hydrolyzates could be bioconverted into vanillin with molar yield (55.1%) and selectivity (68%) comparable to those obtained with food-grade ferulic acid after purification from reducing sugars with a non polar adsorption resin. Further improvement of ferulic acid recovery from wheat bran is however required to make more attractive the production of natural vanillin from this by-product.

Estudio sobre la influencia de la inoculación de las rizobacterias Azospirillum brasilense y Pseudomonas fluorescens sobre el desarrollo morfológico y el contenido de aceites esenciales en las especies aromáticas Ocimum basilicum var. genovesse, Ocimum basilicum var. minimum, Petroselinum sativum var. lisa y Salvia officinalis.

En el presente estudio se analiza la influencia de la inoculación con Azospirillum brasilense, con Pseudomonas fluorescens y la inoculación conjunta con ambas rizobacterias en las especies de plantas aromáticas Ocimum basilicum var. genovesse, Ocimum basilicum var. minimum, Petroselinum sativum var. lisa y Salvia officinalis. Se evaluará su desarrollo morfológico, atendiendo a tres parámetros: la longitud del tallo, el peso fresco y la superficie foliar. Así como el posible incremento en el contenido de aceite esencial que pueda tener la planta tratada. El cultivo se llevó a cabo en alveolos de ForestPot® 300, sobre mezcla de turba y vermiculita 3:1, con riego diario y sin adición de fertilizantes. Los resultados indican que en todas las especies y en todos los apartados estudiados, la inoculación de las rizobacterias produjo un incremento del desarrollo y del contenido de aceite esencial en comparación con el tratamiento Control, excepto en el caso de la longitud de las dos variedades de O. basilicum al inocularlas con P. fluorescens, en las que produjo una ligera disminución respecto al Control. En el caso de P. sativum var. lisa, solo las plantas que fueron inoculadas sobrevivieron. A partir de estos resultados, puede decirse que la inoculación con estas rizobacteras promotoras del crecimiento puede tener una gran importancia como sustitución de fertilizantes minerales, obteniéndose de este modo una producción más ecológica y respetuosa con el medio.

A site-specific recombinase is required for competitive root colonization by Pseudomonas fluorescens WCS365

A colonization mutant of the efficient root-colonizing biocontrol strain Pseudomonas fluorescens WCS365 is described that is impaired in competitive root-tip colonization of gnotobiotically grown potato, radish, wheat, and tomato, indicating a broad host range mutation. The colonization of the mutant is also impaired when studied in potting soil, suggesting that the defective gene also plays a role under more natural conditions. A DNA fragment that is able to complement the mutation for colonization revealed a multicistronic transcription unit composed of at least six ORFs with similarity to lppL, lysA, dapF, orf235/233, xerC/sss, and the largely incomplete orf238. The transposon insertion in PCL1233 appeared to be present in the orf235/233 homologue, designated orf240. Introduction of a mutation in the xerC/sss homologue revealed that the xerC/sss gene homologue rather than orf240 is crucial for colonization. xerC in Escherichia coli and sss in Pseudomonas aeruginosa encode proteins that belong to the λ integrase family of site-specific recombinases, which play a role in phase variation caused by DNA rearrangements. The function of the xerC/sss homologue in colonization is discussed in terms of genetic rearrangements involved in the generation of different phenotypes, thereby allowing a bacterial population to occupy various habitats. Mutant PCL1233 is assumed to be locked in a phenotype that is not well suited to compete for colonization in the rhizosphere. Thus we show the importance of phase variation in microbe–plant interactions.

Global GacA-steered control of cyanide and exoprotease production in Pseudomonas fluorescens involves specific ribosome binding sites

The conserved two-component regulatory system GacS/GacA determines the expression of extracellular products and virulence factors in a variety of Gram-negative bacteria. In the biocontrol strain CHA0 of Pseudomonas fluorescens, the response regulator GacA is essential for the synthesis of extracellular protease (AprA) and secondary metabolites including hydrogen cyanide. GacA was found to exert its control on the hydrogen cyanide biosynthetic genes (hcnABC) and on the aprA gene indirectly via a posttranscriptional mechanism. Expression of a translational hcnA′-′lacZ fusion was GacA-dependent whereas a transcriptional hcnA-lacZ fusion was not. A distinct recognition site overlapping with the ribosome binding site appears to be primordial for GacA-steered regulation. GacA-dependence could be conferred to the Escherichia coli lacZ mRNA by a 3-bp substitution in the ribosome binding site. The gene coding for the global translational repressor RsmA of P. fluorescens was cloned. RsmA overexpression mimicked partial loss of GacA function and involved the same recognition site, suggesting that RsmA is a downstream regulatory element of the GacA control cascade. Mutational inactivation of the chromosomal rsmA gene partially suppressed a gacS defect. Thus, a central, GacA-dependent switch from primary to secondary metabolism may operate at the level of translation.

A chromosomal locus required for copper resistance, competitive fitness, and cytochrome c biogenesis in Pseudomonas fluorescens.

A chromosomal locus required for copper resistance and competitive fitness was cloned from a strain of Pseudomonas fluorescens isolated from copper-contaminated agricultural soil. Sequence analysis of this locus revealed six open reading frames with homology to genes involved in cytochrome c biogenesis in other bacteria, helC, cycJ, cycK, tipB, cycL, and cycH, with the closest similarity being to the aeg-46.5(yej) region of the Escherichia coli chromosome. The proposed functions of these genes in other bacteria include the binding, transport, and coupling of heme to apocytochrome c in the periplasm of these Gram-negative bacteria. Putative heme-binding motifs were present in the predicted products of cycK and cycL, and TipB contained a putative disulfide oxidoreductase active site proposed to maintain the heme-binding site of the apocytochrome in a reduced state for ligation of heme. Tn3-gus mutagenesis showed that expression of the genes was constitutive but enhanced by copper, and confirmed that the genes function both in copper resistance and production of active cytochrome c. However, two mutants in cycH were copper-sensitive and oxidase-positive, suggesting that the functions of these genes, rather than cytochrome c oxidase itself, were required for resistance to copper.

The sigma factor sigma s affects antibiotic production and biological control activity of Pseudomonas fluorescens Pf-5.

Pseudomonas fluorescens Pf-5, a rhizosphere-inhabiting bacterium that suppresses several soilborne pathogens of plants, produces the antibiotics pyrrolnitrin, pyoluteorin, and 2,4-diacetylphloroglucinol. A gene necessary for pyrrolnitrin production by Pf-5 was identified as rpoS, which encodes the stationary-phase sigma factor sigma s. Several pleiotropic effects of an rpoS mutation in Escherichia coli also were observed in an RpoS- mutant of Pf-5. These included sensitivities of stationary-phase cells to stresses imposed by hydrogen peroxide or high salt concentration. A plasmid containing the cloned wild-type rpoS gene restored pyrrolnitrin production and stress tolerance to the RpoS- mutant of Pf-5. The RpoS- mutant overproduced pyoluteorin and 2,4-diacetyl-phloroglucinol, two antibiotics that inhibit growth of the phytopathogenic fungus Pythium ultimum, and was superior to the wild type in suppression of seedling damping-off of cucumber caused by Pythium ultimum. When inoculated onto cucumber seed at high cell densities, the RpoS- mutant did not survive as well as the wild-type strain on surfaces of developing seedlings. Other stationary-phase-specific phenotypes of Pf-5, such as the production of cyanide and extracellular protease(s) were expressed by the RpoS- mutant, suggesting that sigma s is only one of the sigma factors required for the transcription of genes in stationary-phase cells of P. fluorescens. These results indicate that a sigma factor encoded by rpoS influences antibiotic production, biological control activity, and survival of P. fluorescens on plant surfaces.