Yüksek işlem hacmi Siderophore filtreleme dışında çevre örnekleri: bitki doku, toplu topraklar ve rizosferde topraklar
Summary
Biz mikro besin bioavailability ve ciro karasal sistemlerinde katkıda bulunan siderophore olası çevresel örneklerin hızlı tarama için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Siderophores (düşük moleküler ağırlığı metal bileşikleri Şelat) demir (Fe) biyojeokimyasal topraklarda patojen rekabet, bitki büyüme promosyon ve çapraz-Krallık sinyal Bisiklete binme üzerinden arasında değişen çeşitli ekolojik fenomen önemlidir. Ayrıca, siderophores da bioleaching ve bioweathering metal taşıyıcı mineral ve madenler ticari ilgi vardır. Kantitatif değerlendirilmesi siderophore üretim yapılan karmaşık bir hızlı, uygun maliyetli ve güçlü araç ekolojik etkileri de dahil olmak üzere, roman siderophore mikroplar üreten siderophore aktivitesinin önemli yönlerini tanımlayan anahtardır. Burada sunulan Yöntem inceliğini microbiome topluluklarda toprak veya bitki doku gibi çevre örnekleri siderophore etkinliğini değerlendirmek için geliştirilmiştir. Örnekleri homojenize ve (olmadan Fe) değiştirilmiş bir M9 ortamda seyreltilmiş ve zenginleştirme kültürler 3 gün boyunca inkübe. Siderophore üretim bir roman 96-şey Mikroplaka CAS (Krom azurol sülfonat) kullanarak 24, 48 ve 72 saat (s) örneklerinde değerlendirildi-Fe agar tahlil, siderophore değerlendirilmesi, geleneksel olarak ve zaman alıcı sıkıcı kolorimetrik yöntemi bir uyarlaması bireysel ekili mikrobiyal yalıtır üzerinde gerçekleştirilen aktivitedir. Biz Lewjain, Madsen ve PI561725 ve iç Pacific Northwest yaygın olarak yetiştirilen PI561727 de dahil olmak üzere 4 farklı genotip/satır buğday (Triticum soğanı L.), bizim yöntem uygulanır. Siderophore üretim açıkça genotip buğday ve bitki dokularında gözlenen belirli türleri tarafından etkilenebilir. Biz başarıyla bizim hızla bitki genotip etkisi siderophore üretim, karasal ve sucul ekosistemler önemli bir işlev için ekran için kullanılan yöntem. Biz birçok teknik çoğaltır, çok güvenilir istatistiksel farklar toprak ve bitki doku içinde verimli üretti. Önemlisi, sonuçlar önerilen yöntem hızla güvenilirlik, özellikleri ve işlevsel genleri belirlemek daha sonra iş için korunmuş gibi topluluklar sağlar bir şekilde yüksek derecesi ile karmaşık örnekleri üretimde siderophore incelemek için kullanılan gösterir.
Introduction
Siderophores önemli biomolecules öncelikle demir şelasyon bioavailability, ancak ek amaçlı olarak karasal ve sucul ekosistemler, mikrobiyal bitki-ana bilgisayarlara sinyal algılama mikrobiyal çekirdek arasında değişen geniş bir dizi daha yer vardır, bitki büyüme promosyon, işbirliği ve rekabet içinde karmaşık mikrobiyal topluluklar1,2. Siderophores genel olarak sınıflandırılabilir etkin sitelere ve yapısal özellikleri, göre dört temel türleri oluşturma: karboksilat, hydroxamate, catecholate ve karışık tip3,4. Birçok mikroorganizmalar siderophores1daha da geniş bir çeşitlilik alımını sağlamak için membran reseptörleri birden fazla türü siderophore5 ve karmaşık topluluklar, organizmalar biosynthesize büyük bir çoğunluğu excreting yeteneğine sahip, 6. Son çalışma topluluk düzeyinde ve hatta arası Krallık iletişim ve biyojeokimyasal transferler7,8,9,10 siderophores özellikle önemli olduğunu gösterir ,11.
Krom azurol Sülfonat (CAS) şelat bir ajan olarak 30 yıldan fazla demir (Fe) bağlamak için böyle bir şekilde ligandlar (yani siderophores) eklenmesi CAS-Fe kompleks bir kolayca tanımlanabilen renk değişikliği ortamda oluşturma ayrışma sonuçlanabilir kullanılmıştır 12. ne zaman CAS Fe ile ilişkili, boya koyu mavi bir renk görüntülenir ve CAS-Fe karmaşık ayrışıp, orta renk Fe13kayıt atmak için kullanılan ligand türüne göre değişir. Schwyn ve Neilands tarafından 1987 yılında kurulan ilk, sıvı tabanlı orta mikrobiyal hedefleri14, büyüme alışkanlıkları ve sınırlamalarını15yanı sıra metaller Fe, yanı sıra çeşitli değiştirme karşılamak için birçok şekilde modifiye edilmiştir dahil olmak üzere Alüminyum, manganez, kobalt, nikel kadmiyum, Lityum, çinko16, bakır17ve hatta arsenik18.
Birçok insan patojenleri de bitki büyüme teşvik mikroorganizmalar (PGPM) olarak tespit edilmiştir siderophore üreten organizmalar3,19,20ve önemli rizosferde ve sık sık test endophytic PGPM siderophore-üretim4için olumlu. Geleneksel Fe tabanlı sıvı yöntemi microtiter siderophore üretim21ekimi yalıtır test edilmesi için adapte edilmiştir. Ancak, bu teknikler mikrobiyal toplum önemini bir bütün (microbiome) olarak, işbirliği ve potansiyel, düzenleme, toprak ve bitki sistemleri22siderophore üretim tanımak için başarısız. Bu nedenle, biz bir yüksek-den geçerek toplum düzeyinde değerlendirmesine dayalı geleneksel CAS tahlil, ama çoğaltma, ölçüm, güvenilirlik ve tekrarlanabilirlik bir Mikroplaka kolaylığı ile belirli bir ortamda üretiminden siderophore geliştirdik tahlil.
Bu çalışmada, siderophore üretim algılamak için bir düşük maliyetli, yüksek üretilen iş CAS-Fe tahlil karmaşık örnekleri (yani, toprak ve bitki dokusu homogenates) üretiminden siderophore zenginleştirme değerlendirmek için sunulmuştur. Tahıl, ateş ve dört ayrı buğday (Triticum soğanı L.) genotip dokulardan kök ile birlikte elde edilen toplu, gevşek bağlı ve sıkı bir şekilde bağlı rizosferde toprak (açısından nasıl toprak kök dizinine bağlı): Lewjain, Madsen, PI561725, ve PI561727. Buğday genotip temel farklılıklarla topluluklar üreten siderophore seçimi ve işe alımı farklılıklar neden olabilir ki onaylanmadığına karar. Özel ilgi ile alüminyum ALMT1 (alüminyum-harekete geçirmek Malate ışınlama 1) sahiptir çünkü alüminyum hoşgörülü olduğunu, PI561725 isogenic çizgi ile ilişkili mikrobiyal topluluklar arasındaki farkı karşılaştırılır gene, almt123,24,25,26alüminyum duyarlı şeklinde sahip hassas PI561727 isogenic hattı. Çalışma baş amacı kantitatif kültürler gelecekte yapılacak çalışmalar için koruma sırasında siderophore üretim siderophore zenginleştirme kültürlerde karmaşık örnek türleri değerlendirirken, bir basit, hızlı yöntem geliştirmekti.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu eser birincil sonucu kantitatif siderophore üretim/etkinlik çevre örnek ölçme sırasında mikroplar üreten siderophore için hızla zenginleştirmek için kullanılabilir yeni bir metodoloji yapımıdır. Metodoloji hızlı, basit ve düşük maliyetlidir ve ne kadar karmaşık ve yeni örnek türleri aktivitesinden siderophore algılamak için kullanılabilir sonuçlar gösterir (e.g., toprak ve bitki dokusu). Protokol aynı zamanda sonuçlar gliserol stokları zenginleştirme kültürlerin üretiminde…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Kalyani Muhunthan Laboratuvar yordamları, Lee Opdahl genotip buğday hasat için Washington State Concord üzüm Araştırma Konseyi ve Washington State Üniversitesi Merkezi tarım sürdürülmesi için yardım için teşekkür etmek istiyorum ve Doğal kaynakların bir BIOAg için bu çalışmalarına destek vermek. Ek finansman USDA/NIFA kapağı projesi 1014527 yoluyla tarafından sağlandı.
Materials
| Agarose | Apex | LF451320014 | |
| Aluminum Baking Pan | |||
| Aluminum Foil | |||
| Ammonium chloride, granular | Fiesher Scientific | 152315A | |
| Autoclave and Sterilizer | Thermo Scientific | ||
| Calcium chloride dihydrate | Fiesher Scientific | 171428 | |
| CAS (Chrome Azurol S) | Chem-Impex Int'l Inc) | 000331-27168 | |
| Dextrose Monohydrate (glucose), crystalline powder | Fiesher Scientific | 1521754 | |
| EDTA, disodium salt, dihydrate, Crystal | J.T.Baker | JI2476 | |
| Glycerol, Anhydrous | Baker Analyzed | C22634 | |
| HDTMA (Cetyltrimethylammomonium Bromide | Reagent World | FZ0941 | |
| Hydrochloride acid | ACROS Organic | B0756767 | |
| Infinite M200 PRO plate reader | TECAN | ||
| Iron (III) chloride hexahydrate, 99% | ACROS Organic | A0342179 | |
| Laboratory Fume Hood | Thermo Scientific | ||
| Laboratory Incubator | VWR Scientific | ||
| Magnesium Sulfate | Fiesher Scientific | 27855 | |
| Niric Acid, (69-70)% | J.T.Baker | 72287 | |
| PIPES buffer, 98.5% | ACROS Organic | A0338723 | |
| Potassium phosphate, dibaisc,powder | J.T.Baker | J48594 | |
| Pyoverdine | SIGMA-ALDRICH | 078M4094V | |
| Sand | |||
| SI-600R Shaker | Lab Companion | ||
| Sodium chloride, granular | Fiesher Scientific | 136539 | |
| Sodium hydroxide, pellets | J.T.Baker | G48K53 | |
| Sodium phosphate, dibasic heptahydrate, 99% | ACROS Organic | A0371705 |
References
- Butaite, E., Baumgartner, M., Wyder, S., Kummerli, R. Siderophore cheating and cheating resistance shape competition for iron in soil and freshwater Pseudomonas communities. Nature Communications. 8, (2017).
- Ghirardi, S., et al. Identification of Traits Shared by Rhizosphere-Competent Strains of Fluorescent Pseudomonads. Microbial Ecology. 64 (3), 725-737 (2012).
- Hider, R. C., Kong, X. L. Chemistry and biology of siderophores. Natural Product Reports. 27 (5), 637-657 (2010).
- Saha, M., et al. Microbial siderophores and their potential applications: a review. Environmental Science and Pollution Research. 23 (5), 3984-3999 (2016).
- Bhattacharyya, P. N., Jha, D. K. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): emergence in agriculture. World Journal of Microbiology, Biotechnology. 28 (4), 1327-1350 (2012).
- Lewis, R. W., Islam, A., Opdahl, L., Davenport, J. R., Sullivan, T. S. Phylogenetics, Siderophore Production, and Iron Scavenging Potential of Root Zone Soil Bacteria Isolated from 'Concord' Grape Vineyards. Microbial Ecology. , (2018).
- Li, S. S., et al. The opportunistic human fungal pathogen Candida albicans promotes the growth and proliferation of commensal Escherichia coli through an iron-responsive pathway. Microbiological Research. 207, 232-239 (2018).
- Lorenz, N., Shin, J. Y., Jung, K. Activity, Abundance, and Localization of Quorum Sensing Receptors in Vibrio harveyi. Frontiers in Microbiology. 8, (2017).
- O’Brien, S., Fothergill, J. L. The role of multispecies social interactions in shaping Pseudomonas aeruginosa pathogenicity in the cystic fibrosis lung. Fems Microbiology Letters. 364 (15), (2017).
- Ozkaya, O., Balbontin, R., Gordo, I., Xavier, K. B. Cheating on Cheaters Stabilizes Cooperation in Pseudomonas aeruginosa. Current Biology. 28 (13), (2018).
- Popat, R., et al. Environmental modification via a quorum sensing molecule influences the social landscape of siderophore production. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 284 (1852), (2017).
- Schwyn, B., Neilands, J. B. Universal chemical assay for the detection and determination of siderophores. Analytical Biochemistry. 160 (1), 47-56 (1987).
- Sullivan, T. S., Ramkissoon, S., Garrison, V. H., Ramsubhag, A., Thies, J. E. Siderophore production of African dust microorganisms over Trinidad and Tobago. Aerobiologia. 28 (3), 391-401 (2012).
- Buyer, J. S., DeLorenzo, V., Neilands, J. B. Production of the siderophore aerobactin by a halophilic Pseudomonad. Applied and Environmental Microbiology. 57 (8), 2246-2250 (1991).
- Perez-Miranda, S., Cabirol, N., George-Tellez, R., Zamudio-Rivera, L., Fernandez, F. O-CAS, a fast and universal method for siderophore detection. Journal of Microbiological Methods. 70 (1), 127-131 (2007).
- Nakouti, I., Hobbs, G. A new approach to studying ion uptake by actinomycetes. Journal of Basic Microbiology. 53 (11), 913-916 (2013).
- Wang, L. J., et al. Diisonitrile Natural Product SF2768 Functions As a Chalkophore That Mediates Copper Acquisition in Streptomyces thioluteus. Acs Chemical Biology. 12 (12), 3067-3075 (2017).
- Retamal-Morales, G., et al. Detection of arsenic-binding siderophores in arsenic-tolerating Actinobacteria by a modified CAS assay. Ecotoxicology and Environmental Safety. 157, 176-181 (2018).
- Desai, A., Archana, G. . Role of Siderophores in Crop Improvement. , (2011).
- Dertz, E. A., Raymond, K. N., Que, L., Tolman, W. B. . Comprehensive coordination chemistry II. 8, (2003).
- Arora, N. K., Verma, M. Modified microplate method for rapid and efficient estimation of siderophore produced by bacteria. 3 Biotech. 7, 9 (2017).
- Bandyopadhyay, P., Bhuyan, S. K., Yadava, P. K., Varma, A., Tuteja, N. Emergence of plant and rhizospheric microbiota as stable interactomes. Protoplasma. 254 (2), 617-626 (2017).
- Lakshmanan, V., Castaneda, R., Rudrappa, T., Bais, H. P. Root transcriptome analysis of Arabidopsis thaliana exposed to beneficial Bacillus subtilis FB17 rhizobacteria revealed genes for bacterial recruitment and plant defense independent of malate efflux. Planta. 238 (4), 657-668 (2013).
- Sasaki, T., et al. A wheat gene encoding an aluminum-activated malate transporter. The Plant Journal. 37 (5), 645-653 (2004).
- Mahoney, A. K., Yin, C., Hulbert, S. H. Community Structure, Species Variation, and Potential Functions of Rhizosphere-Associated Bacteria of Different Winter Wheat (Triticum aestivum) Cultivars. Frontiers in Plant Science. 8 (132), (2017).
- Rayburn, A. L., Wetzel, J., Baligar, V. Mitotic analysis of sticky chromosomes in aluminum tolerant and susceptible wheat lines grown in soils of differing aluminum saturation. Euphytica. 127 (2), 193-199 (2002).
- McPherson, M. R., Wang, P., Marsh, E. L., Mitchell, R. B., Schachtman, D. P. Isolation and Analysis of Microbial Communities in Soil, Rhizosphere, and Roots in Perennial Grass Experiments. Journal of Visualized Experiments. (137), 57932 (2018).
- Mirleau, P., et al. Fitness in soil and rhizosphere of Pseudomonas fluorescens C7R12 compared with a C7R12 mutant affected in pyoverdine synthesis and uptake. FEMS Microbiology Ecology. 34 (1), 35-44 (2000).
- Visca, P., Imperi, F., Lamont, I. L. Pyoverdine siderophores: from biogenesis to biosignificance. Trends in Microbiology. 15 (1), 22-30 (2007).
- Louden, B. C., Haarmann, D., Lynne, A. M. Use of Blue Agar CAS Assay for Siderophore Detection. Journal of Microbiology, Biology Education. 12 (1), 51-53 (2011).
