Identification and characterization of novel virulence factors from the swine pathogen and zoonotic agent streptococcus suis

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Studies on fungal flora with special reference to Yeasts in the Cochin backwaters

Man's concern with environmental deterioration is one of the major reasons for the increased interest in marine and estuarine microbes. Microbes form an important link in the biogeochemical cycling and their cyclinq activites often determine to a large measure the potential productivity of an ecosystem In the recycling of the nutrients in the estuary, bacteria and fungi therefore play a particularly significant role.The allochthonous plant materials contain biopolymers such as cellulose, lignin, humus etc., that are difficult to degrade into simpler substances. The fungi have the ability to degrade _substances, thereby making them available for cycling within the system. The present study is devoted to find the composition and the activity of myco populations of Cochin backwater. For convenience the thesis is divided into eight chapters. The opening chapter briefly reviews the literature and projects the importance of work and the main objectives. Second chapter discusses the materials and methods. In the third chapter the systematic and taxonomy of estuarine yeasts are examined in detail since this information is scarcely available for our waters. The general ecological aspects of the yeasts and filamentous fungi in the area of study are examined in the fourth chapter using appropriate statistical techniques. A special reference to the fungi in a small mangrove ecosystem is attempted in the fifth chapter. The biochemical studies are discussed in the sixth chapter and the penultimate chapter provides an overall discussion. In the last chapter the summary of the work is presented.

‘Studies on Bacterial Indicators and Pathogen Vibrio parahaemolyticus in Cochin Backwater

Microbiological studies on the incidence, behaviour, activity and ecological implications of marine micro~organisms, particularly microbial pathogens in coastal waters and estuaries exhibit the increasing concern and awareness of environmental impacts on health and wealth. Marine microbiologists have been active in investigating on the distribution, kinds of organisms and their activity in the environment. However, informations on the effect of environment on the ecology or on the distribution (spatial/temporal) of microbial comunity and competition among groups inhabiting the ecosystem are sparE§L Estuarine environment are complex with respect to diversity of habitats, variation in physicochemical parameters and contamination by terrestrial bacterial species. Being the organisms of‘public health significance, ecological studies on total coliforms, faecal coliforms, faecal streptococci, §. ggli and X. parahaemolyticus have great relevance as studies of these types would provide a wealth of information to environmentalists and to fishery industry. In order to evalé%e the status, role and significance of potentially hazardous bacterial species in natural environment it is necessary to monitor the ecology of such organisms systematically in relation to physico-chemical parameters

Potential application of β-1, 3 glucanase from an environmental isolate of Pseudomonas aeruginosa MCCB 123 in fungal DNA extraction

Pseudomonas aeruginosa MCCB 123 was grown in a synthetic medium for β-1,3 glucanase production. From the culture filtrate, β-1,3 glucanase was purified with a molecular mass of 45 kDa. The enzyme was a metallozyme as its β-1,3 glucanase activity got inhibited by the metal chelator EDTA. Optimum pH and temperature for β-1,3 glucanase activity on laminarin was found to be 7 and 50 °C respectively. The MCCB 123 β-1,3 glucanase was found to have good lytic action on a wide range of fungal isolates, and hence its application in fungal DNA extraction was evaluated. β-1,3 glucanase purified from the culture supernatant of P. aeruginosa MCCB 123 could be used for the extraction of fungal DNA without the addition of any other reagents generally used. Optimum pH and temperature of enzyme for fungal DNA extraction was found to be 7 and 65 °C respectively. This is the first report on β-1,3 glucanase employed in fungal DNA extraction

Genotypic comparison of Pantoea agglomerans plant and clinical strains

Pantoea agglomerans strains are among the most promising biocontrol agents for a variety of bacterial and fungal plant diseases, particularly fire blight of apple and pear. However, commercial registration of P. agglomerans biocontrol products is hampered because this species is currently listed as a biosafety level 2 (BL2) organism due to clinical reports as an opportunistic human pathogen. This study compares plant-origin and clinical strains in a search for discriminating genotypic/phenotypic markers using multi-locus phylogenetic analysis and fluorescent amplified fragment length polymorphisms (fAFLP) fingerprinting. Results: Majority of the clinical isolates from culture collections were found to be improperly designated as P. agglomerans after sequence analysis. The frequent taxonomic rearrangements underwent by the Enterobacter agglomerans/Erwinia herbicola complex may be a major problem in assessing clinical associations within P. agglomerans. In the P. agglomerans sensu stricto (in the stricter sense) group, there was no discrete clustering of clinical/biocontrol strains and no marker was identified that was uniquely associated to clinical strains. A putative biocontrol-specific fAFLP marker was identified only in biocontrol strains. The partial ORF located in this band corresponded to an ABC transporter that was found in all P. agglomerans strains. Conclusion: Taxonomic mischaracterization was identified as a major problem with P. agglomerans, and current techniques removed a majority of clinical strains from this species. Although clear discrimination between P. agglomerans plant and clinical strains was not obtained with phylogenetic analysis, a single marker characteristic of biocontrol strains was identified which may be of use in strain biosafety determinations. In addition, the lack of Koch's postulate fulfilment, rare retention of clinical strains for subsequent confirmation, and the polymicrobial nature of P. agglomerans clinical reports should be considered in biosafety assessment of beneficial strains in this species

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.

Characterization and mechanism of action of the biological control agent Pantoea agglomerans EPS125

La soca EPS125 ha mostrat ser un efectiu agent de control biològic de diferents patògens fúngics de postcollita en diferents fruits. Degut a la seva elevada eficàcia, es va plantejar desenvolupar aquesta soca comercialment i per aquest motiu en el present treball es plantejà complementar la informació necessària pel seu registre. D'acord amb els resultats obtinguts mitjançant proves fenotípiques i genotípiques, la soca EPS125 queda inclosa dins l'espècie Pantoea agglomerans (Enterobacter agglomerans-Erwinia herbicola). En relació a la utilització de fonts de carboni, en el perfil i contingut d'àcids grassos cel·lulars i en el polimorfisme en la longitud dels fragments de macrorestricció genòmica (MRFLP), la soca EPS125 mostrà trets característics que la diferencien d'altres soques. Els dos marcadors moleculars (125.2 i 125.3) específics per la soca EPS125 dissenyats en el present treball mostraren ser semiespecífics per la seva detecció mitjançant la tècnica PCR i Real Time PCR. Quedant pendent l'anàlisi d'especificitat de l'ús combinat dels dos marcadors moleculars en una reacció PCR multiplex. P. agglomerans EPS125 ha mostrat ser molt efectiva en el control de Penicillium expansum en poma amb una dosi efectiva mitjana de 2.7x105 a 7x105 ufc/ml, i una ratio de 25-101 cèl·lules de la soca EPS125 per inactivar una espora del patogen segons el model de saturació hiperbòlica. Segons les aproximacions fenotípiques i estudis genotípics realitzats, sembla que els mecanismes de biocontrol utilitzats per la soca EPS125 contra P. expansum en poma estan directament relacionats amb la capacitat de formació de biofilm per aquesta soca.

Fire blight (Erwinia amylovora) of rosaceous plants. Pathogen virulence and selection and characterization of biological control agents

El fuego bacteriano, causado por Erwinia amylovora, es una enfermedad muy importante a nivel comercial y económico porque afecta a plantas de la familia de las rosáceas y es especialmente agresiva en manzano (Pyrus malus) y peral (Pyrus communis), así como en plantas ornamentales (Crataegus, Cotoneaster o Pyracantha). Esta enfermedad está distribuida por todo el mundo en zonas climáticas templadas de Amércia del Norte, Nueva Zelanda, Japón, Israel, Turquí y Europa. En España, el fuego bacteriano fue detectado por primera vez en 1995 en el norte del País (Euskadi) y más tarde en nuevos focos aparecidos en otras áreas. La enfermedad puede ser controlada comercialmente mediante la aplicación de pesticidas quimicos (derivados de cobre, antibioticos). Sin embargo, muchos de los productos químicos presentan baja actividad o causan fitotoxicidad, y la estreptomicina, el producto más eficaz, esta prohibido en muchos países, incluyendo España. Por tanto, en ausencia de apropiados agentes químicos, el control biológico se contempla como una buena alternativa. En el presente trabajo, un agente de control biológico, Pseudomonas fluorescens EPS62e, ha sido seleccionada de entre 600 aislados de las especies P. fluorescens y Pantoea agglomerans obtenidos de flores, frutos y hojas de plantas de la familia de las rosáceas durante una prospección llevada a cabo en varias áreas geográficas de España. La cepa ha sido seleccionada por su capacidad de suprimir la infecciones producidas por E. amylovora frutos inmaduros, flores y brotes de peral en condiciones de ambiente controlado, presentando unos niveles de control similares a los obtenidos mediante el control químico usando derivados de cobre o antibióticos. La cepa además ha mostrado la capacidad de colonizar y sobrevivir en flores y heridas producidas en frutos inmaduros en condiciones de ambiento controlado pero también en flores en condiciones de campo. La exclusión de E. amylovora medinate la colonización de la superficie, el consumo de nutrientes, y la interacción entre las células del patógeno y del agente de biocontrol es la principal causa de la inhibición del fuego bacteriano por la cepa EPS62e. Estas características constituyen aspectos interesantes para un desarrollo efectivo de la cepa EPS62e como un agente de biocontrol del fuego bacteriano en condiciones comerciales.

Determination of the impact of continuous defoliation of Lolium perenne and Trifolium repens on bacterial and fungal community structure in rhizosphere soil

To determine the effects of defoliation on microbial community structure, rhizosphere soil samples were taken pre-, and post-defoliation from the root tip and mature root regions of Trifolium repens L. and Lolium perenne L. Microbial DNA isolated from samples was used to generate polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis molecular profiles of bacterial and fungal communities. Bacterial plate counts were also obtained. Neither plant species nor defoliation affected the bacterial and fungal community structures in both the root tip and mature root regions, but there were significant differences in the bacterial and fungal community profiles between the two root regions for each plant. Prior to defoliation, there was no difference between plants for bacterial plate counts of soils from the root tip regions; however, counts were greater in the mature root region of L. perenne than T. repens. Bacterial plate counts for T. repens were higher in the root tip than the mature root region. After defoliation, there was no effect of plant type, position along the root or defoliation status on bacterial plate counts, although there were significant increases in bacterial plate counts with time. The results indicate that a general effect existed during maturation in the root regions of each plant, which had a greater impact on microbial community structure than either plant type or the effect of defoliation. In addition there were no generic consequences with regard to microbial populations in the rhizosphere as a response to plant defoliation.

Evolutionary bi-stability in pathogen transmission mode

Many pathogens transmit to new hosts by both infection (horizontal transmission) and transfer to the infected host's offspring (vertical transmission). These two transmission modes require speci®c adap- tations of the pathogen that can be mutually exclusive, resulting in a trade-off between horizontal and vertical transmission. We show that in mathematical models such trade-offs can lead to the simultaneous existence of two evolutionary stable states (evolutionary bi-stability) of allocation of resources to the two modes of transmission. We also show that jumping between evolutionary stable states can be induced by gradual environmental changes. Using quantitative PCR-based estimates of abundance in seed and vege- tative parts, we show that the pathogen of wheat, Phaeosphaeria nodorum, has jumped between two distinct states of transmission mode twice in the past 160 years, which, based on published evidence, we interpret as adaptation to environmental change. The ®nding of evolutionary bi-stability has impli- cations for human, animal and other plant diseases. An ill-judged change in a disease control programme could cause the pathogen to evolve a new, and possibly more damaging, combination of transmission modes. Similarly, environmental changes can shift the balance between transmission modes, with adverse effects on human, animal and plant health.

Effects of desiccation on seed germination, cracking, fungal infection and survival in storage of Sterculia foetida L

Seeds of Sterculia foetida were tested for germination following desiccation and subsequent hermetic storage. Whereas seeds at 10.3% moisture content were intact and provided 98% germination, further desiccation reduced germination substantially. The majority of seed coats had cracked after desiccation to 5.1% moisture content. Ability to germinate was not reduced after 12 months' hermetic storage at 10.3% and 7.3% moisture content at 15 degrees C or -18 degrees C, but was reduced considerably at 5.1%. Fungal infection was detected consistently for cracked seeds in germination tests and they did not germinate. However, almost all embryos extracted from cracked seeds germinated if first disinfected with sodium hypochlorite (1%, 5 minutes). In addition. 80 -100% of disinfected extracted embryos from cracked seeds stored hermetically for 28 d at -18 degrees C or -82 degrees C with 3.3% to 6.0% moisture content, and excised embryos stored in this way, were able to germinate. Hence. failure of the very dry seeds of Sterculia foetida to germinate was not due to embryo death from desiccation but to cracking increasing susceptibility to fungal infection upon rehydration. Cracking was associated negatively and strongly with relative humidity and appears to be a mechanical consequence of substantial differences between the isotherms of whole seeds compared with cotyledons and axes.

Comparative effect of root-knot nematode on severity of Verticillium and Fusarium wilt in cotton

The effect of root-knot nematode (RKN) (Meloidogyne incognita) on Verticillium dahliae and Fusarium oxysporum f.sp. vasinfectum in cotton (Gossypium hirsutum) was investigated. Two different inoculation methods were used, one in which inoculum was added to the soil, so that nematode and fungal inoculum were in close proximity; the other, inoculation into the stem, whereby the two inocula were spatially separated. Invasion of the roots by RKN enhanced disease severity, as measured by the height of vascular browning in the stem, following inoculation with either wilt pathogen. The effect of RKN on Fusarium wilt was more pronounced than that on Verticillium wilt. Nematode-enhanced infection by F. oxysporum is a well known effect but there are few reports of enhanced infection by Verticillium due to RKN. Relative resistance of a number of cotton cultivars to both wilt diseases, as measured by height of vascular browning, was similar to the known field performance of the cultivars. The use of vascular browning as an estimate of disease severity was therefore validated.