Genetic analysis and phenotypic characterization of three novel genes of Rhizobium tropici CIAT899 involved in symbiotic interactions with Phaseolus vulgaris

Rhizobium tropici CIAT899 ist ein Bodenbakterium, das eine hohe Toleranz gegenüber einer Vielzahl von Stressbedingungen aufweist. Ferner ist es ein erfolgreicher Besiedler von Wurzelknöllchen der Wirtspflanze Phaseolus vulgaris (Bohne). Es wurde eine Insertionsmutagenese mit dem Transposon Tn5 durchgeführt, um bisher unbekannte Gene zu identifizieren, die eine Rolle im Rahmen von Symbiose und Stresstoleranz spielen. Die Analyse der Transposon-Insertionsstellen in den Mutanten 899-PV9 und 899-PV4, führte zur Identifizierung dreier Gene, die für erfolgreiche symbiontische Interaktionenen mit Bohnenpflanzen notwendig sind. Das Gen syc1 kodiert für ein Protein, das eine signifikante Homologie zu spannungsabhängigen Chloridkanälen aufweist. Die Deletion des syc1 Gens führte zu einem ausgeprägten Phänotyp: Knöllchenentwicklung, Effizienz der Knöllchenbesiedlung und Stickstoffixierung waren stark beeinträchtigt. Analyse von Knöllchenquerschnitten mittels Transmission-Elektronen-Mikroskopie zeigte, daß die Bakterien vermutlich nicht in der Lage sind, die Zellen der Wirtspflanze zu invadieren und stabile Symbiosomen zu bilden. Ein weiteres stromabwärts liegendes Gen (olsC) kodiert für ein Protein, das Homologie zu Aspartyl-/Asparaginyl -Hydroxylasen aufweist. Es konnte gezeigt werden, daß OlsC eine Funktion im Rahmen der Modifikation von Ornithinlipiden hat. Bei dieser Modifikation handelt es sich vermutlich um eine Hydroxylierung der Ornithinlipide. Eine olsC Deletionsmutante weist einen symbiontischen Phänotyp auf. Die Überexpression von OlsC in R. tropici führte zu einer erhöhten Empfindllichkeit der Zellen gegenüber sauren Bedingungen. Das dritte identifizierte Gen (sigE) kodiert für einen putativen Sigmafaktor des Typs SigmaE. Eine sigE Deletionsmutante zeigt Defizienzen in der Knöllchenentwicklung, in der Effizienz der Knöllchenbesiedlung und in der Stickstoffixierung. In dieser Arbeit wird zum ersten Mal berichtet, daß diese drei bakteriellen Gene/Proteine für eine erfolgreiche symbiontische Interaktion zwischen Rhizobien und ihren Wirtspflanzen notwendig sind.