RAPD技术在微生物生物多样鉴定中的应用

RAPD（随机放大多态性DNA）是1种新的DNA分子标记技术。与RFLp、AFLP及ARDRA相比，RAPD具有可在一次试验中同时观察到大量的DNA多态性片段，方法更具简单、敏感、花费少等优点。阐述了RAPD的原理方法，及目前在微生物分类鉴定研究中的应用，并分析了RAPD技术在共生固氮放线菌Frankia分类鉴定及系统发育研究中的应用前景。

非豆科固氮树种沙棘与微生物联合共生体的纯培养研究

Symbiosis between Frankia,VA mycorrhizal fungi and Hippophae rhamnoides L.was studied in lab.The characteristic structures-arbuscules of VAM and nodules were confirmed in the root of H.rhamnoides L.,which was inoculated with VAMF and Frankia in pure artificial culture.Evaluated by the stimulation on the growth of the host plant,VAH is a better associated fungi and HR16 is a better Frankia for Hippophae rhamnoides L.

海拔对旱冬瓜共生固氮放线菌基因多样性的影响

直接从昆明西山、武定狮山和大理苍山采集的旱冬瓜根瘤中提取DNA ,扩增出Frankia的 1 6SrDNA ,然后用ADARA技术研究不同海拔的旱冬瓜根瘤中共生固氮放线菌Frankia的遗传多样性 .结果表明 :( 1 )海拔是影响旱冬瓜共生Frankia的遗传多样性的重要因素 ;( 2 )海拔梯度越大 ,则Frankia的遗传多样性越丰富 ;( 3)某些基因类型的Frankia仅出现在某些海拔上 ,而另一些则分布在较广泛的海拔范围

交叉接种后固氮放线菌基因稳定性研究

放线菌Frankia与放线菌根植物在根瘤中共生的现象发生在8科24属被子植物上.系统发育分析表明:Frankia可分为4个族,其菌株对寄主植物有明显的偏好性.用大理旱冬瓜根瘤接种昆明和武定旱冬瓜幼苗,收集幼苗上的根瘤,再对幼苗接种数次.用武定旱冬瓜和川滇桤木幼苗做同样实验,最后对Frankia的16SrRNA基因进行ARDRA分析,发现接种幼苗根瘤中Frankia与接种根瘤中Frankia产生相同的16SrRNA基因ARDRA带型.

桤木属宿主与弗兰克氏菌的共生关系研究

用RAPD-PCR方法对分布在云南省高黎贡山的尼泊尔桤木,分布在吉林长白山的色赤杨、西伯利亚赤杨和东北赤杨进行遗传多样性分析。结果发现分布在长白山的3种赤杨聚类关系较它们与尼泊尔桤木的关系更近,其中色赤杨和西伯利亚赤杨有更近的聚类关系,与它们对应共生的Frankia菌居群亲缘关系表现相似的特征;高黎贡山的尼泊尔桤木遗传多样性水平最高,其次是色赤杨和西伯利亚赤杨,东北赤杨最低。桤木属植物与对应共生的Frankia菌的遗传多样性水平也一致。这些结果暗示着桤木属宿主植物和其Frankia菌共生物之间存在共进化关系。东北3种宿主植物与Frankia菌之间存在于种下基因型类群的共生搭配,表明共生关系的建立过程中可能存在基因型上的选择。Alnus-Frankia共生固氮体系的建立可能是单起源的。

沙棘与微生物联合共生体的初步研究

在盆栽实验条件下通过生物接种技术 ,对非豆科固氮树木沙棘进行联合共生体的人工构建 ,定量研究了VA菌根真菌和Frankia对沙棘生长的促进作用 ,并对VA菌根菌与Frankia之间的联合增效作用进行了探讨 .结果表明 ,双接菌VAH +HR16的促生效果最佳 ,接菌植株的株高、地径、鲜重、叶绿素含量和净光合效率分别比对照提高了 42 2 5 %、33 5 2 %、198 5 6 %、43 33%和 17 4 4 %.

云南尼泊尔桤木遗传多样性研究

分别在云南省来凤山、高黎贡山、鸡足山、苍山和无量山,采集58个尼泊尔桤木Alnus nepalensis叶样品,提取总DNA,对它们进行RAPD-PCR分析。3个随机引物共扫描到DNA位点85个,其中多态性位点64个,样品内的多态性为75.30%;用非加权组法(UPGMA)聚类分析,建立尼泊尔桤木分子聚类树状图,以相似系数0.68为标准分为6类;用POPGENE软件分析Nei’s遗传多样性指数和Shannon遗传多样性指数。结果表明:云南尼泊尔桤木遗传多样性丰富,其中,鸡足山尼泊尔桤木居群多样性指数最高,无量山居群中,分布在南坡的尼泊尔桤木多样性指数高于分布于北坡的样品。尼泊尔桤木的分布及遗传结构与环境区域有密切的关系,区域特点是决定尼泊尔桤木遗传多样性水平的重要因子之一。该结果对于研究尼泊尔桤木遗传多样性以及它与共生固氮弗兰克氏菌Frankia的协同进化有一定的利用价值。

植物根瘤内痕量FrankiaDNA的提取及鉴定

建立了一种简捷、快速植物根瘤内痕量FrankiaDNA的提取方法 ,即采集自然态下根瘤 ,剥离瘤瓣 ,取瘤瓣尖经液氮研磨成粉末 ,以 2 0g/LCTAB(十六烷基三甲基溴化铵 )消化胞壁 ,然后以d =5～ 10 μm的石英粉吸附DNA ,再以无菌去离子蒸馏水释放DNA ,所获DNA产率及纯度较酚 /氯仿法好 .经对辽宁沙棘、色赤杨根瘤的瘤内痕量FrankiaDNA及体外培养的 9种Frankia菌株DNA分纯 ,并用于酶切及PCR ,获满意结果 .图 3参 12

Ciclo del nitrógeno : prácticas de microbiología del suelo.

Se expone una práctica sencilla de microbiología para la iniciación de los alumnos de bachillerato, que requiere medios relativamente sencillos. Se trata del estudio de la fijación del nitrógeno atmosférico, mediante el reconocimiento de un fijador libre del suelo, Azotobacter, y a dos simbióticos, Rhizobium y Frankia.

Avaliação de populações de possíveis rizobactérias em solos sob espécies florestais

Embora estudos recentes relatem a utilização de RCPC (Rizobactérias Promotoras de Crescimento de Plantas) no Brasil, raríssimos trabalhos avaliam a presença natural dessas espécies bacterianas no solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a ocorrência de RPCP em duas amostras de solo sob diferentes tipos de manejo, através da construção e do seqüenciamento de bibliotecas de DNA metagenômico. Utilizaram-se oligonucleotídeos específicos para amplificação da região hipervariável do espaço intergênico dos genes ribossomais 16S-23S de DNA extraído de diferentes solos, sob Eucalyptus sp. e sob mata. Os fragmentos obtidos foram inseridos em vetor e clonados. As bibliotecas geraram 495 clones, que foram seqüenciados e identificados através de comparações realizadas pelo software Blast. O solo sob Eucalyptus sp. apresentou maior número de RPCP do que sob mata. Os filos Actinobacteria e Proteobacteria eram maiores no solo sob Eucalyptus sp., estando o filo Firmicutes ausente no solo sob mata. Somente oito espécies diferentes de RPCP foram detectadas: Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Bradyrhizobium japonicum, Bradyrhizobium elkanii, Bradyrhizobium sp., Frankia sp., Pseudomonas fluorescens e Pseudomonas gladioli. O trabalho forneceu valiosos dados sobre a presença de RPCP em solos com espécies florestais e sua possível utilização em reflorestamentos, assim como para o melhor conhecimento desses microrganismos nos solos do Brasil.

Seasonal evolution of soil respiration in a mixed forestry plantation of walnuts (Juglans × intermedia Carr.) and alders (Alnus cordata (Loisel.) Duby) in Domaine de Restinclières (France)

The ecological intensification of crops is proposed as a solution to the growing demand of agricultural and forest resources, in opposition to intensive monocultures. The introduction of mixed cultures as mixtures between nitrogen fixing species and non nitrogen fixing species intended to increase crop yield as a result of an improvement of the available nitrogen and phosphorus in soil. Relationship between crops have received little attention despite the wide range of advantages that confers species diversity to these systems, such as increased productivity, resilience to disruption and ecological sustainability. Forests and forestry plantations can develop an important role in storing carbon in their tissues, especially in wood which become into durable product. A simplifying parameter to analyze the amount allocated carbon by plantation is the TBCA (total belowground carbon allocation), whereby, for short periods and mature plantations, is admitted as the subtraction between soil carbon efflux and litterfall. Soil respiration depends on a wide range of factors, such as soil temperature and soil water content, soil fertility, presence and type of vegetation, among others. The studied orchard is a mixed forestry plantation of hybrid walnuts(Juglans × intermedia Carr.) for wood and alders (Alnus cordata (Loisel.) Duby.), a nitrogen fixing specie through the actinomycete Frankia alni ((Woronin, 1866) Von Tubeuf 1895). The study area is sited at Restinclières, a green area near Montpellier (South of France). In the present work, soil respiration varied greatly throughout the year, mainly influenced by soil temperature. Soil water content did not significantly influence the response of soil respiration as it was constant during the measurement period and under no water stress conditions. Distance between nearest walnut and measurement was also a highly influential factor in soil respiration. Generally there was a decreasing trend in soil respiration when the distance to the nearest tree increased. It was also analyzed the response of soil respiration according to alder presence and fertilizer management (50 kg N·ha-1·año-1 from 1999 to 2010). None of these treatments significantly influenced soil respiration, although previous studies noticed an inhibition in rates of soil respiration under fertilized conditions and high rates of available nitrogen. However, treatments without fertilization and without alder presence obtained higher respiration rates in those cases with significant differences. The lack of significant differences between treatments may be due to the high coefficient of variation experienced by soil respiration measurements. Finally an asynchronous fluctuation was observed between soil respiration and litterfall during senescence period. This is possibly due to the slowdown in the emission of exudates by roots during senescence period, which are largely related to microbial activity.

Reciprocal N ((NH4+)-N-15 or (NO3-)-N-15) transfer between nonN(2)-fixing Eucalyptus maculata and N-2-fixing Casuarina cunninghamiana linked by the ectomycorrhizal fungus Pisolithus sp.

Two-way N transfers mediated by Pisolithus sp. were examined by excluding root contact and supplying (NH4+)-N-15 or (NO3-)-N-15 to 6-month-old Eucalyptus maculata or Casuarina cunninghamiana grown in two-chambered-pots separated by 37 m screens. Mycorrhizal colonization was 35% in Eucalyptus and 66% in Casuarina (c. 29% N-2-fixation). Using an environmental scanning electron microscope, living hyphae were observed to interconnect Eucalyptus and Casuarina. Biomass and N accumulation was greatest in nodulated mycorrhizal Casuarina/mycorrhizal Eucalyptus pairs, less in nonnodulated mycorrhizal Casuarina/mycorrhizal Eucalyptus pairs, and least in nonnodulated nonmycorrhizal Casuarina/nonmycorrhizal Eucalyptus pairs. In nonnodulated mycorrhizal pairs, N transfers to Eucalyptus or to Casuarina were similar (2.4-4.1 mg per plant in either direction) and were 2.6-4.0 times greater than in nonnodulated nonmycorrhizal pairs. In nodulated mycorrhizal pairs, N transfers were greater to Eucalyptus (5-7 times) and to Casuarina (12-18 times) than in nonnodulated mycorrhizal pairs. Net transfer to Eucalyptus or to Casuarina was low in both nonnodulated nonmycorrhizal (< 0.7 mg per plant) and nonnodulated mycorrhizal pairs (< 1.1 mg per plant). In nodulated mycorrhizal pairs, net transfer to Casuarina was 26.0 mg per plant. The amount and direction of two-way mycorrhiza-mediated N transfer was increased by the presence of Pisolithus sp. and Frankia, resulting in a net N transfer from low-N-demanding Eucalyptus to high-N-demanding Casuarina.

Nodulated N-2-fixing Casuarina cunninghamiana is the sink for net N transfer from non-N-2-fixing Eucalyptus maculata via an ectomycorrhizal fungus Pisolithus sp using (NH4+)-N-15 or (NO3-)-N-15 supplied as ammonium nitrate

To determine the effects of nitrogen source on rates of net N transfer between plants connected by a common mycorrhizal network, we measured transfer of N supplied as (NH4NO3)-N-15-N-14 or (NH4NO3)-N-14-N-15 in three Casuarina/Eucalyptus treatments interconnected by a Pisolithus sp. The treatments were nonnodulated nonmycorrhizal/nonmycorrhizal; nonnodulated mycorrhizal/mycorrhizal; and nodulated mycorrhizal/mycorrhizal. Mycorrhization was 67% in Eucalyptus and 36% in Casuarina. N-2 fixation supplied 38% of the N in Casuarina. Biomass, N and N-15 contents were lowest in nonmycorrhizal plants and greatest in plants in the nodulated/mycorrhizal treatment. Nitrogen transfer was enhanced by mycorrhization and by nodulation, and was greater when N was supplied as (NH4+)-N-15 than (NO3-)-N-15. Nitrogen transfer rates were lowest in the nonmycorrhizal treatment for either N-15 source, and greatest in the nodulated, mycorrhizal treatment. Transfer was greater to Casuarina than to Eucalyptus and where ammonium rather than nitrate was the N source. Irrespective of N-15 source and of whether Casuarina or Eucalyptus was the N sink, net N transfer was low and was similar in both nonnodulated treatments. However, when Casuarina was the N sink in the nodulated, mycorrhizal treatment, net N transfer was much greater with (NH4+)-N-15 than with (NO3-)-N-15. High N demand by Casuarina resulted in greater net N transfer from the less N-demanding Eucalyptus. Net transfer of N from a non-N-2-fixing to an N-2-fixing plant may reflect the very high N demand of N-2-fixing species.

Nouvelle souche donneuse pour la conjugaison intergénérique avec les actinobactéries

Les actinomycètes filamenteux du sol appartenant au genre Frankia peuvent vivre librement en tant que saprophytes, ou encore s'associer aux racines de plantes pour former une symbiose. Malgré leur importance écologique et l'intérêt biologique qu'ils suscitent, plusieurs aspects de la biologie des Frankiaceae demeurent mal compris. Ceci est dû, entre autres, à leur faible taux de génération et à la difficulté de maintenir des cultures en croissance active, mais surtout, à l’absence d’outils génétiques fonctionnels et efficaces pour les étudier. En raison de l’importance environnementale de Frankia, la mise au point d’un système de modification génétique chez cette actinobactérie est devenue essentielle pour procéder à l’analyse fonctionnelle des gènes d’intérêt et étudier plus efficacement la physiologie et les interactions de ce symbiote actinorhizien avec ses plantes hôtes. Parmi les différentes méthodes de modification génétique, la conjugaison bactérienne semble un moyen efficace pour permettre l’échange de matériel génétique chez plusieurs actinomycètes. Ainsi, la souche Escherichia coli ET12567, fréquemment utilisée lors des conjugaisons intergénériques avec diverses actinobactéries, dont Streptomyces, Amycolatopsis, Kitasatospora et Micromonospora, semble une bonne candidate pour servir de bactérie donneuse lors des conjugaisons intergénériques. Comme l'utilisation d'une souche donneuse auxotrophe permet de faciliter l'étape de contre-sélection, la mutation dapA, codant pour la synthèse de l'acide diaminopimélique (DAP), sera introduite chez E. coli ET12567/pUZ8002. Étant donné que le DAP est un constituant essentiel de la paroi de peptidoglycane et un précurseur de la lysine, cette souche sera totalement dépendante de l'ajout de DAP exogène dans le milieu de culture. Ainsi, la contre-sélection se fera simplement en cessant l'ajout de DAP, rendant cette étape non seulement plus facile et efficace, mais aussi permettant d'éviter l'utilisation d'antibiotique. La croissance des exconjugants peut ainsi se faire dans des conditions optimales, ce qui est particulièrement intéressant pour les actinomycètes présentant une croissance lente comme c'est le cas pour Frankia. Les résultats obtenus montrent que l'utilisation de l'acide nalidixique est moins efficace que la déplétion en DAP pour contre-sélectionner la souche donneuse après conjugaison. L'utilisation d'un mutant ΔdapA comme alternative à l'utilisation d'antibiotique rend la conjugaison bactérienne accessible à un plus large spectre de microorganismes potentiellement sensibles à l'acide nalidixique. Il est clair que les stratégies de clonage qui seront développées auront un impact significatif sur la recherche fondamentale et appliquée chez les actinomycètes, permettant des analyses fonctionnelles des gènes d’intérêts, que ce soit par interruption ou remplacement de gènes ou encore par complémentation génique.

Étude de la symbiose actinorhizienne chez l'aulne en présence de résidus miniers aurifères acidogènes

Les concentrations de métaux lourds retrouvées dans les sols augmentent considérablement depuis la révolution industrielle et s’accumulent quotidiennement dans la biosphère. Ces composés métalliques persisteront pendant plusieurs années au niveau des différents écosystèmes affectés et voyageront dans les chaînes alimentaires par bioaccumulation. Les activités humaines, telle que l’industrie minière contribuent activement à cette problématique environnementale. En effet, l’excavation minière perturbe la roche-mère et favorise l’oxydation des métaux lourds sulfurés qui, lentement, produiront de l’acide sulfurique. Cette acidification peut mobiliser les éléments métalliques stables en condition neutre ou alcaline. Ces phénomènes induisent la formation du drainage minier acide (DMA) qui peut contaminer les cours d’eau ou les nappes phréatiques à proximité. Plusieurs mines sont situées en Abitibi-Témiscamingue en raison de l’abondance de divers minerais dans la roche mère tels que l’or. Une importante quantité de déchets industriels est produite lors de l’excavation du minerai, dont les résidus miniers entreposés dans des bassins de rétention extérieurs. Ces bassins prennent de l’expansion quotidiennement autour du site minier substituant la place de la végétation saine et des territoires. Une mise en végétation des sites miniers du Québec est exigée depuis 1995 afin de redonner une apparence naturelle aux sites et limiter le phénomène d’érosion. Depuis 2013, un plan de réaménagement et de restauration des sites exploités est obligatoire selon la loi sur les mines. Ces bassins seront donc ciblés pour effectuer des essais de revégétalisation par l’entremise de plantes actinorhiziennes. Les plantes actinorhiziennes sont des végétaux robustes pouvant coloniser nombreux habitats perturbés et hostiles. L’aulne est une plante actinorhizienne pouvant établir une relation symbiotique avec l’actinobactérie fixatrice d’azote du genre Frankia. La symbiose actinorhizienne est une interaction équitablement profitable entre la plante et la bactérie. Cette symbiose repose sur la capacité de la bactérie à transformer, au niveau des nodules, l’azote atmosphérique en ammonium assimilable grâce à une enzyme spécifique, la nitrogénase. Lorsque la symbiose est bien établie, elle donnera un avantage significatif aux plantes pour leur développement et leur croissance, et ce, même dans un substrat pauvre en nutriments ou contaminé. En effet, la symbiose actinorhizienne permet d’améliorer la structure physicochimique d’un sol et de l’enrichir en azote grâce à la fixation de l’azote atmosphérique. Dans la région de l’Abitibi-Témiscamingue, la mine Doyon est une mine d’or qui détient des sols acidogènes contenant des traces non négligeables de métaux lourds. Ce projet de recherche en microbiologie environnementale avait comme objectif principal d’évaluer la capacité des aulnes rugueux et des aulnes crispés à coloniser des résidus miniers acidogènes aurifères (concentrations différentes de 0 %, 35 %, 65 % et 100 %) avec ou sans l’aide de Frankia. La dispersion des contaminants par les feuilles a aussi été étudiée afin d’évaluer le risque environnemental de l’utilisation des aulnes sur le terrain à des fins de revégétalisation. Les objectifs préliminaires avaient comme but d’évaluer la résistance, de manière individuelle, de la souche ACN10a du genre Frankia (par extrait aqueux) puis des espèces d’aulne aux résidus miniers non stérilisés. Par le fait même, la microflore des résidus miniers a été étudiée dans le but d’isoler des espèces symbiotiques d’endophytes écoadaptées aux conditions arides du site minier Doyon. Concernant les objectifs préliminaires, les résultats ont démontré que la souche ACN10a résiste bien jusqu’à 35 % d’extrait aqueux de résidus miniers de la mine Doyon. Pour les concentrations supérieures à 50 %, Frankia (souche ACN10a) a démontré une respiration cellulaire et des concentrations protéiques décroissantes en raison de la présence d’éléments toxiques biodisponibles dans l’extrait aqueux. Par ailleurs, les aulnes rugueux et crispés ont démontré une tolérance jusqu’à la concentration de 35 % de résidus miniers non stérilisés sans la présence de Frankia. Par la suite, les résultats d’isolement n’ont pas démontré la capacité des aulnes à recruter des bactéries symbiotiques à partir des résidus miniers de la mine Doyon. Concernant l’objectif principal, les résultats ont démontré que l’aulne rugueux résiste mieux que l’aulne crispé jusqu’aux concentrations de 35 % de résidus miniers lorsqu’inoculés en manifestant une meilleure biomasse sèche totale, une plus grande concentration de chlorophylle dans les feuilles et un plus grand nombre spécifique de nodules. L’établissement symbiotique a été affecté par la présence des résidus miniers acidogène révélant que le nombre de site d’infection racinaire diminuait en fonction des concentrations de résidus miniers croissantes (0 %, 35 %, 65 % et 100 %). Ensuite, une analyse des éléments chimiques des feuilles a démontré que le transfert des métaux lourds des résidus miniers vers les feuilles était minime. Les plantes révélant de hautes teneurs en métaux lourds dans leurs feuilles ont développé par le fait même, une faible biomasse aérienne limitant ainsi la dispersion de contaminants lors de la perte des feuilles à l’automne. Le modèle expérimental aulne-Frankia possédait un seuil de tolérance visible à la concentration de 35 % de résidus miniers acidogènes aurifères de la mine Doyon. De plus, la présence de la symbiose actinorhizienne a modulé la distribution de certains éléments chimiques dans les feuilles en comparaison avec les aulnes non-inoculés (molybdène, nickel). Puis, une similarité a été notée dans la composition chimique des feuilles d’aulnes inoculés s’étant développés dans 0 % (témoin positif) et 35 % de résidus miniers.