Nucleotide sequence of the nifH gene coding for nitrogen reductase in the acetic acid bacterium Acetobacter diazotrophicus

The nifH gene sequence of the nitrogen-fixing bacterium Acetobacter diazotrophicus was determined with the use of the polymerase chain reaction and universal degenerate oligonucleotide primers. The gene shows highest pair-wise similarity to the nifH gene of Azospirillum brasilense. The phylogenetic relationships of the nifH gene sequences were compared with those inferred from 16S rRNA gene sequences. Knowledge of the sequence of the nifH gene contributes to the growing database of nifH gene sequences, and will allow the detection of Acet. diazotrophicus from environmental samples with nifH gene-based primers.

Ocorrência de micorrizas arbusculares e da bactéria diazotrófica Acetobacter diazotrophicus em cana-de-açúcar

Foi avaliada a ocorrência e a distribuição de espécies de fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) e Acetobacter diazotrophicus em plantios de cana-de-açúcar em diferentes tipos de manejo nos Estados do Rio de Janeiro e Pernambuco. Foram feitas 35 coletas de amostras de solo da rizosfera e de raízes de 14 variedades de cana-de-açúcar para extração de esporos e isolamento da bactéria. O número de esporos variou de 18 a 2.070/100 mL de solo, e os maiores número e diversidade de espécies foram verificados nos canaviais de Campos, RJ, especialmente naqueles que não adotam a queima do palhiço. As espécies predominantes nas três localidades amostradas foram: Acaulospora sp., Scutellospora heterogama, Glomus etunicatum, Glomus occultum e Gigaspora margarita. A. diazotrophicus estava presente nas amostras de raízes colhidas em canaviais de Campos, com exceção de uma coleta de cana-de-açúcar plantada num solo usado como bacia de sedimentação de vinhaça. Não foi possível isolar essa bactéria a partir de esporos desinfestados dos FMAs nativos, apenas dos esporos lavados com água estéril.

Ocorrência de micorrizas arbusculares e da bactéria diazotrofica Acetobacter diazotrophicus em cana-de-açúcar.

Foi avaliada a ocorrência e a distribuição de espécies de fungos micorrízicos arbusculares e A. diazotrophicus em plantios de cana-de-açúcar em diferentes tipos de manejo nos Estados do Rio de Janeiro e Pernambuco. Foram feitas 35 coletas de amostras de solo da rizosfera e de raízes de 14 variedades de cana-de-açúcar para extração de esporos e isolamento da bactéria. O numero de esporos variou de 18 a 2.070/ 100 mL de solo, e os maiores numero e diversidade de espécies foram verificados nos canaviais de Campos, RJ, especialmente naqueles que não adotam a queima de palhico. As espécies predominantes nas três localidades amostradas foram: Acaulospora sp., Scutellospora heterogama, Glomus etunicatum, Glomus occultum e Gigaspora margarita. A. diazotrophicus estava presente nas amostras de raízes colhidas em canaviais de Campos, com exceção de uma coleta de cana-de-açúcar plantada num solo usado como bacia de sedimentação de vinhaça. Não foi possível isolar essa bactéria a partir de esporos desinfestados dos FMAs nativos, apenas dos esporos lavados com agua estéril The occurrence and distribution of species of arbuscular mycorrhizae fungi and Acetobacter diazotrophicus in sugar cane (Saccharum officinarum) grown in different regimes of crop management in the States of Rio de Janeiro and Pernambuco were studied. Thirty five samples of the rhizosphere soil and roots were collected from 14 varieties of sugar cane for the extraction of spores and isolation of the bacterium. The number of spores varied from 18 to 2.070 per 100 mL of soil, and the greatest diversity of fungal species was found in the sugarcane fields of Campos (Rio de Janeiro State), especially in those where the sugarcane trash was not burned at harvest. The predominant species found in the three localities sampled were: Scutellospora heterogama, Glomus etunicatum, Glomus occultum, Glomus macrocarpum, Acaulospora sp. and Gigaspora margarita. A. diazotrophicus was present in almost all samples of root with the exception of one harvest of sugar cane taken from an area used for the sedimentation of vinasse (distillery waste). It was not possible to detect the bacterium from surface sterilised spores of native arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), only from washed ones using sterile water.

Can a N-2-fixing Gluconacetobacter diazotrophicus association with sugarcane be achieved?

Several published studies claim that high rates of N-2 fixation occur in sugarcane and sorghum, and have ascribed this result to infection by the bacterium Gluconacetobacter diazotrophicus, abetted by arbuscular mycorrhizal infection ( Glomus clarum). These results have not been confirmed within Australia. In this study, G. diazotrophicus was detected in stalks of field-grown sugarcane in Australia ( based on phenotypic tests, and a PCR test using species-specific primers developed to amplify a fragment of the G. diazotrophicus 16S rRNA gene). Isolates were nitrogenase positive ( acetylene reduction assay) in vitro. However, in glasshouse trials involving inoculation of sugarcane setts with G. diazotrophicus, co-inoculation with mycorrhizae, and plant growth under low N status, recovery of bacteria from maturing plants was variable. At 165 days from planting, no appreciable N-2-fixation, as assessed by dry weight increment, N budget, or N-15 ratio, of either an Australian or a Brazilian cultivar of sugarcane, or a sorghum cultivar, was achieved. We conclude that a N-2-fixing sugarcane - G. diazotrophicus association is not easily achievable, being primarily limited by a lack of infection.

N-15 natural abundance studies in Australian commercial sugarcane

The measurement of natural N-15 abundance is a well-established technique for the identification and quantification of biological N-2 fixation in plants. Associative N-2 fixing bacteria have been isolated from sugarcane and reported to contribute potentially significant amounts of N to plant growth and development. It has not been established whether Australian commercial sugarcane receives significant input from biological N-2 fixation, even though high populations of N-2 fixing bacteria have been isolated from Australian commercial sugarcane fields and plants. In this study, delta(15)N measurements were used as a primary measure to identify whether Australian commercial sugarcane was obtaining significant inputs of N via biological N-2 fixation. Quantification of N input, via biological N-2 fixation, was not possible since suitable non-N-2 fixing reference plants were not present in commercial cane fields. The survey of Australian commercially grown sugarcane crops showed the majority had positive leaf delta(15)N values (73% >3.00parts per thousand, 63% of which were

Ocorrência de bactérias diazotróficas em diferentes genótipos de cana-de-açúcar

O objetivo deste trabalho foi avaliar a localização e o número de bactérias endofíticas em quatro genótipos de cana-de-açúcar e investigar sobre a possível existência de correlação com os resultados apresentados em trabalhos de quantificação da fixação biológica de nitrogênio (FBN). Fez-se um levantamento das bactérias diazotróficas presentes, e quantificou-se a população de Herbaspirillum spp. e Acetobacter diazotrophicus, em genótipos de cana-de-açúcar contrastantes quanto à capacidade de obter N da FBN. De acordo com o levantamento realizado neste trabalho, as bactérias estudadas (Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, Herbaspirillum spp. e Acetobacter diazotrophicus) estavam presentes nos quatro genótipos avaliados e em todas as partes da planta, exceto A. amazonense, que não foi isolado de amostras de folhas. A quantificação das bactérias Herbaspirillum spp. e A. diazotrophicus mostrou não haver diferenças significativas entre os genótipos, e que, geralmente, elas estão presentes em maior número nas raízes. Enquanto Herbaspirillum spp. mantém-se mais estável ao longo do ciclo da cultura, a população de A. diazotrophicus decresce com a aproximação do final do ciclo comercial. Pode-se sugerir que as diferenças entre as taxas de FBN encontradas nos diversos genótipos não é causada por diferenças na presença ou no número das bactérias aqui estudadas.

Influence of organic fertilization on the number of culturable diazotrophic endophytic bacteria isolated from sugarcane

The numbers of culturable diazotrophic endophytic bacteria (CDEB) from roots stems and leaves of sugarcane submitted to organic inorganic or no fertilization were compared In order to determine the size of the N(2) fixing populations the Most Probable Number technique (MPN) was used The quantification of diazotrophic bacteria by using the acetylene reduction assay (ARA) was more accurate than observing the bacterial growth in the vials to confirm N(2) fixing capability the detection of gene nifH was performed on a sample of 105 Isolated bacteria The production of extracellular enzymes involved in the penetration of the plants by the bacteria was also studied The results showed that organic fertilization enhances the number of CDEB when compared with conventional fertilization used throughout the growing season The maximum number of bacteria was detected in the roots Roots and stems presented the greatest number of CDEB in the middle of the cropping season and in leaves numbers varied according to the treatment Using two pairs of primers and two different methods the nifH gene was found in 104 of the 105 tested isolates Larger amounts of pectinase were released by isolates from sugarcane treated with conventional fertilizers (66%) whereas larger amounts of cellulase were released by strains isolated from sugarcane treated with organic fertilizers (80%) (C) 2010 Elsevier Masson SAS All rights reserved

Investigation into the ability of Gluconacetobacter sacchari to live as an endophyte in sugarcane

The relatively low numbers and sporadic pattern of incidence of the acetic acid bacterium Gluconacetobacter sacchari with the pink sugarcane mealybug (PSMB) Saccharicoccus sacchari Cockerell (Homoptera: Pseudococcidae) over time and from different sugarcane-growing regions do not indicate that Glac. sacchari is a significant commensal of the PSMB, as has been previously proposed. This study was conducted to investigate the hypothesis that Glac. sacchari is, like its closest relative Glac. diazotrophicus, an endophyte of sugarcane (Saccharum officinarium L.). In this study, both Glac. sacchari and Glac. diazotrophicus were isolated from internal sugarcane tissue, although the detection of both species was sporadic in all sugarcane-growing regions of Queensland tested. To confirm the ability of Glac. sacchari to live endophytically, an experiment was conducted in which the roots of micropropagated sugarcane plantlets were inoculated with Glac. sacchari, and the plantlets were subsequently examined for the presence of the bacterium in the stem cells. Pure cultures of Glac. sacchari were grown from homogenized surface sterilized sugarcane stems inoculated with Glac. sacchari. Electron microscopy was used to provide further conclusive evidence that Glac. sacchari lives as an endophyte in sugarcane. Scanning electron microscopy of (SEM) sugarcane plantlet stems revealed rod-shaped cells of Glac. sacchari within a transverse section of the plantlet stem cells. The numbers of bacterial cells inside the plant cell indicated a successful infection and colonization of the plant tissue. Using transmission electron microscopy, (TEM) bacterial cells were more difficult to find, due to their spatial separation. In our study, bacteria were mostly found singularly, or in groups of up to four cells inside intercellular spaces, although bacterial cells were occasionally found inside other cells.

Ocorrência de bactérias diazotroficas em diferentes genótipos de cana-de-açúcar.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a localização e o numero de bactérias endolíticas em quatro genótipos de cana-de-açúcar e investigar sobre a possível existência de correlação com os resultados apresentados em trabalhos de quantificação da fixação biológica de nitrogênio (FBN). Fez-se um levantamento das bactérias diazotróficas presentes, e quantificou-se a população de Herbaspirillum spp. E Acetobacter diazotrophicus, em genótipos de cana-de-açúcar contrastantes quanto a capacidade de obter N da FBN. De acordo com o levantamento realizado neste trabalho, as bactérias estudadas (Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, Herbaspirillum spp. e Acetobacter diazotrophicus) estavam presentes nos quatro genotipos avaliados e em todas as partes da planta, exceto A. amazonense, que nao foi isolado de amostras de folhas. A quantificaçãoo das bactérias Herbaspirillum spp. e A. diazotrophicus mostrou não haver diferenças significativas entre os genótipos, e que, geralmente, elas estão presentes em maior numero nas raízes. Enquanto Herbaspirillum spp. mantêm-se mais estável ao longo do ciclo da cultura, a população de A. diazotrophicus decresce com a aproximação do final do ciclo comercial. Pode-se sugerir que as diferenças entre as taxas de FBN encontradas nos diversos genótipos não e causada por diferenças na presença ou no numero das bactérias aqui estudadas The objective of this work was to find out the localization and number of endophytic bacteria in four sugar cane genotypes and investigate upon the possible existence of correlation to the results obtained in some studies about quantification of biological nitrogen fixation (BNF). A survey of the diazotrophic bacteria present in sugar cane genotypes differingin their capacity to obtain nitrogen through BNF was performed, and population of Herbaspirillum spp. and Acetobacter diazotrophicus was quantified. The bacteria tested in the survey were Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, Herbaspirillum spp. and Acetobacter diazotrophicus. All these bacteria were present in the four genotypes and were found in all parts of the plants, except A. amazonense which was not isolated from leaf samples. The quantification of Herbaspirillum spp. and A. diazotrophicus showed that there were no significant differences among the sugar cane genotypes and, generally, the bacteria were in greater number in roots. While number of Herbaspirillum spp. remained stable during the life-cycle of the culture, the population of A. diazotrophicus suffer a decrease with the approach of the end of the commercial cycle. It is suggested that the differences in the rates of BNF found in sugar cane genotypes are not caused by differences in the presence or the number of the bacterial species studied here.

Description of Gluconacetobacter sacchari sp. nov., a new species of acetic acid bacterium isolated from the leaf sheath of sugar cane and from the pink sugar-cane mealy bug

A new species of the genus Gluconacetobacter, for which the name Gluconacetobacter sacchari sp. nov. is proposed, was isolated from the leaf sheath of sugar cane and from the pink sugar-cane mealy bug, Saccharicoccus sacchari, found on sugar cane growing in Queensland and northern New South Wales, Australia, The nearest phylogenetic relatives in the alpha-subclass of the Proteobacteria are Gluconacetobacter liquefaciens and Gluconacetobacter diazotrophicus, which have 98.8-99.3% and 97.9-98.5% 16S rDNA sequence similarity, respectively, to members of Gluconacetobacter sacchari. On the basis of the phylogenetic positioning of the strains, DNA reassociation studies, phenotypic tests and the presence of the Q10 ubiquinone, this new species was assigned to the genus Gluconacetobacter. No single phenotypic characteristic is unique to the species, but the species can be differentiated phenotypically from closely related members of the acetic acid bacteria by growth in the presence of 0.01% malachite green, growth on 30% glucose, an inability to fix nitrogen and an inability to grow with the L-amino acids asparagine, glycine, glutamine, threonine and tryptophan when D-mannitol was supplied as the sole carbon and energy source. The type strain of this species is strain SRI 1794(T) (= DSM 12717(T)).

Estudo experimental da resposta tecidual à presença de celulose produzida por Acetobacter xylinum no dorso nasal de coelhos

Vários materiais são propostos para reconstrução nasal, não havendo consenso sobre qual o melhor. A manta de celulose produzida por bactéria pode ser mais um elemento para adição cartilaginosa. Não há estudos deste material no dorso nasal. OBJETIVO: Avaliar a resposta tecidual à presença da celulose bacteriana no dorso nasal de coelhos. MATERIAL E MÉTODO: Foram utilizados 22 coelhos Nova Zelândia, sendo que em 20 deles foi implantada a manta de celulose no dorso nasal e em 2 controles nada foi feito. Foram acompanhados por um período de três e seis meses, sendo então retirados as regiões do dorso nasal e narinas dos coelhos e realizado estudo histopatológico levando em consideração parâmetros definidos de condição inflamatória como congestão vascular, intensidade do processo inflamatório e presença de exsudato purulento. RESULTADOS: O processo inflamatório manteve-se estável, demonstrando sua relação com o procedimento cirúrgico, e não com a presença da manta de celulose. Nos demais parâmetros estudados não houve diferença estatisticamente significante. CONCLUSÃO: A manta de celulose de Acetobacter xylinum mostrou boa biocompatibilidade e manteve-se estável no decorrer do tempo de estudo, podendo ser considerada um bom material para uso na elevação do dorso nasal.

Diversidade de Gluconacetobacter diazotrophicus isolada de plantas de cana-de-açúcar cultivadas no Brasil

O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade da população de Gluconacetobacter diazotrophicus oriunda de cultivares de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) de diferentes regiões e bancos de germoplasma. O estudo foi realizado com 123 isolados, obtidos de folhas, colmos e raízes de 80 espécies e híbridos de cana-de-açúcar, procedentes de diferentes países e mantidos em coleções de germoplasma nos Estados da Bahia e Rio de Janeiro. Foram utilizados cinco isolados obtidos de plantas de café (Coffea arabica), dois de abacaxi (Ananas comosus) e um de Pennisetum purpureum e mais 10 estirpes com padrões eletroforéticos distintos, após o uso de enzimas comuns do metabolismo microbiano (MLEE). O agrupamento obtido por meio da técnica de imunoadsorção com enzima acoplada (ELISA) sugere que as variações expressas pelos isolados não estão relacionadas com a espécie de planta, a variedade de cana-de-açúcar, a origem geográfica, a parte da planta de onde os isolados foram obtidos e o tempo de amostragem. Altas doses de nitrogênio levaram à diminuição da diversidade de G. diazotrophicus.

Uso de diferentes fontes de carbono por estirpes de Gluconacetobacter diazotrophicus isoladas de cana-de-açúcar

O objetivo deste trabalho foi quantificar a população de Gluconactobacter diazotrophicus presente em plântulas de 34 variedades de cana-de-açúcar, e caracterizar os isolados quanto à capacidade de utilizar diversas fontes de carbono e formar pigmento róseo em presença de luz. A população de G. diazotrophicus foi quantificada pela técnica do número mais provável e isolada em meios de cultura semi-seletivos. A população de G. diazotrophicus foi maior no sistema radicular do que na parte aérea, e maior nas variedades brasileiras de cana-de-açúcar. Os isolados utilizaram poucas fontes de carbono, e aqueles obtidos do sistema radicular utilizaram maior número de fontes, em comparação aos da parte aérea. Apenas a estirpe padrão Ppe-4 e quatro outros isolados formam pigmento róseo em presença de luz. A baixa variação observada pode estar relacionada com o habitat ou com a adaptação dessa população às condições específicas do interior das plantas e, por isso, a estrutura genética da população dessas bactérias é limitada e conservada.

Análise comparativa dos genes de reparo do DNA em Gluconacetobacter diazotrophicus e Gluconobacter oxydans

Gluconacetobacter diazotrophicus é uma alfa-proteobactéria Gram-negativa, tolerante a meios ácidos, fixadora de nitrogênio atmosférico e foi a primeira bactéria diazotrófica endofítica isolada da cana-de-açúcar. Por sua vez, Gluconobacter oxydans, também alfa-proteobactéria Gram-negativa, possui a capacidade de oxidar incompletamente alcoóis e carboidratos. Ambas de interesse biotecnológico e industrial, essas bactérias tiveram seus genomas seqüenciados completamente em 2007. Desta forma, foi de interesse desse trabalho analisar e comparar os genes de reparo do DNA devido sua importância na manutenção da integridade genômica. Sendo assim, as vias de reparo presentes nos dois organismos foram identificadas, utilizando como base uma terceira alfa-proteobactéria, a Caulobacter crescentus, cujos genes de reparo foram descritos por um trabalho anterior e também os genes bem estabelecidos para o reparo do DNA em Escherichia coli. Para esse estudo, um banco de dados contendo ortólogos para os genes de reparo de DNA encontrados nos organismos foi criado e análises comparativas por similaridade usando o pacote Blast e o software Clustal foram feitas. Este estudo demonstrou que as principais vias de reparo ao DNA reparos por excisão, reparo direto, reparo recombinacional e reparo pelo sistema SOS estão presentes nos organismos analisados, demonstrando, na maioria das vezes, boa similaridade com E. coli. Interessantemente, foram encontradas duplicações gênicas nos quais uma das cópias estava presente no cromossomo e a outra, no plasmídeo, como no caso de UvrD, DnaE e Ssb, possivelmente caracterizando eventos de transferência lateral. Por fim, uma grande novidade foi a identificação de ortólogos para RecB em G. diazotrophicus e G. oxydans e de ortólogos duplicados de RecD em G. diazotrophicus. Até o momento, não havia sido relatada a presença de membros da via de iniciação RecBCD do reparo recombinacional em alfaproteobactérias

In vivo and in vitro evaluation of an Acetobacter xylinum synthesized microbial cellulose membrane intended for guided tissue repair

Background: Barrier materials as cellulose membranes are used for guided tissue repair. However, it is essential that the surrounding tissues accept the device. The present study histologically evaluated tissue reaction to a microbial cellulose membrane after subcutaneous implantation in mice. Furthermore, the interaction between mesenchymal stem cells and the biomaterial was studied in vitro to evaluate its ability to act as cellular scaffold for tissue engineering.Methods: Twenty-five Swiss Albino mice were used. A 10 x 10 mm cellulose membrane obtained through biosynthesis using Acetobacter xylinum bacteria was implanted into the lumbar subcutaneous tissue of each mouse. The mice were euthanatized at seven, 15, 30, 60, and 90 days, and the membrane and surrounding tissues were collected and examined by histology.Results: A mild inflammatory response without foreign body reaction was observed until 30 days post-surgery around the implanted membrane. Polarized microscopy revealed that the membrane remained intact at all evaluation points. Scanning electron microscopy of the cellulose membrane surface showed absence of pores. The in vitro evaluation of the interaction between cells and biomaterial was performed through viability staining analysis of the cells over the biomaterial, which showed that 95% of the mesenchymal stem cells aggregating to the cellulose membrane were alive and that 5% were necrotic. Scanning electron microscopy showed mesenchymal stem cells with normal morphology and attached to the cellulose membrane surface.Conclusion: The microbial cellulose membrane evaluated was found to be nonresorbable, induced a mild inflammatory response and may prove useful as a scaffold for mesenchymal stem cells.