The effect of the hybrid histidine kinase gene inactivation on cell morphology in Azospirillum baldaniorum and Azospirillum brasilense

Petrova L.P.; Volokhina I.V.; Sheludko A.V.

doi:https://doi.org/10.17116/molgen20254303147

Петрова Л.П.

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов — ФИЦ «Саратовский научный центр РАН» (ИБФРМ РАН)

ORCID: 0000-0002-1593-6157

Волохина И.В.

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов — ФИЦ «Саратовский научный центр РАН» (ИБФРМ РАН)

ORCID: 0000-0002-9088-481X

Шелудько А.В.

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов — ФИЦ «Саратовский научный центр РАН» (ИБФРМ РАН)

ORCID: 0000-0002-2535-5225

Влияние инактивации гена гибридной гистидинкиназы на морфологию клеток у бактерий Azospirillum baldaniorum и Azospirillum brasilense

Авторы:

Петрова Л.П., Волохина И.В., Шелудько А.В.

Подробнее об авторах

Журнал: Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2025;43(3): 47‑54

DOI: 10.17116/molgen20254303147

Прочитано: 192 раза

Связаться с автором

Оглавление

Как цитировать:

Петрова Л.П., Волохина И.В., Шелудько А.В. Влияние инактивации гена гибридной гистидинкиназы на морфологию клеток у бактерий Azospirillum baldaniorum и Azospirillum brasilense. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2025;43(3):47‑54.
Petrova LP, Volokhina IV, Sheludko AV. The effect of the hybrid histidine kinase gene inactivation on cell morphology in Azospirillum baldaniorum and Azospirillum brasilense. Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2025;43(3):47‑54. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/molgen20254303147

Подписка 2026 Молекулярная генетика, микробиология и вирусология (Molecular Genetics, Microbiology and Virology)

Использование инфографики авторами научных работ

Резюме / Abstract:

ЦЕЛЬ

Работы — проверка гипотезы о влиянии расположенного на хромосоме гена HSHK-RR, кодирующего гибридную мультисенсорную гистидинкиназу, на морфологию бактерий рода Azospirillum.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В работе использовали штаммы A. baldaniorum Sp245, Lafˉ мутант Sp245.1062 (Sp245-HSHKDRR-Km), A. brasilense Sp7 и Sp7.10030 (Sp7-HSHKDRR-Km). Морфология бактерий и их подвижность охарактеризованы с применением электронной микроскопии. Относительный уровень транскрипции генов определяли методом ПЦР в реальном времени.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Гены гибридной мультисенсорной гистидинкиназы (HSHK-RR) у штаммов Sp245 (AZOBR_150176) и Sp7 (AMK58_10030) на 95% гомологичны. Для получения мутанта штамма Sp7 мы произвели замену гена AMK58_10030 на конструкцию HSHKDRR-Km, созданную на основе AZOBR_150176. Замена внутреннего фрагмента гена HSHK-RR на ген устойчивости к канамицину приводила у мутантов Sp245-HSHKDRR-Km и Sp7-HSHKDRR-Km к изменению морфологии и подвижности клеток в полужидком агаре. Клетки мутантов были короче клеток родительских штаммов Sp245 и Sp7 и двигались медленнее в полужидком агаре, образуя колонии значительно меньшего диаметра. Оба мутанта сохраняли синтез функционирующего полярного жгутика (Fla). Однако в случае Sp7-HSHKDRR-Km до 45% клеток синтезировали на агаризованных средах редкие или единичные латеральные жгутики (Laf), тогда как у Sp245-HSHKDRR-Km таких бактерий было не более 15%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что биогенез Laf находится под многоступенчатым контролем, включающим двухкомпонентную систему передачи сигналов с участием HSHK-RR, кодируемой хромосомными генами, у Sp245 и Sp7, соответственно, штаммам AZOBR_150176 и AMK58_10030. Анализ фенотипов мутантов по генам AZOBR_150176 и AMK58_10030 показал, что исследуемая HSHK-RR модулирует подвижность Sp245 и Sp7 в условиях механического стресса, участвуя в контроле транскрипции генов флагеллина laf1 и компонентов экспортной системы сборки латеральных жгутиков.

Ключевые слова / Keywords:

Azospirillum

смешанное жгутикование

подвижность

гистидинкиназа

жгутики

Авторы / Authors:

Петрова Л.П.

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов — ФИЦ «Саратовский научный центр РАН» (ИБФРМ РАН)

ORCID: 0000-0002-1593-6157

Волохина И.В.

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов — ФИЦ «Саратовский научный центр РАН» (ИБФРМ РАН)

ORCID: 0000-0002-9088-481X

Шелудько А.В.

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов — ФИЦ «Саратовский научный центр РАН» (ИБФРМ РАН)

ORCID: 0000-0002-2535-5225

Дата поступления:

05.02.2025

Дата принятия в печать:

12.04.2025

Закрыть метаданные

Литература / References:

Fukami J, Cerezini P, Hungria M. Azospirillum: benefits that go far beyond biological nitrogen fixation. AMB Express. 2018;8:73. https://doi.org/10.1186/s13568-018-0608-1
Wisniewski-Dyé F, Borziak K, Khalsa-Moyers G, Alexandre G, Sukharnikov LO, Wuichet K, Hurst GB, McDonald WH, Robertson JS, Barbe V., Calteau A, Rouy Z, Mangenot S, Prigent-Combaret C, Normand P, Boyer M, Siguier P, Dessaux Y, Elmerich C, Condemine G, Krishnen G, Kennedy I, Paterson AH, González V, Mavingui P, Zhulin IB. Azospirillum genomes reveal transition of bacteria from aquatic to terrestrial environments. PLoS Genetics. 2011;7:e1002430. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002430
Borland S, Oudart A, Prigent-Combaret C, BrochierArmanet C, Wisniewski-Dyé F. Genome-wide survey of two-component signal transduction systems in the plant growth-promoting bacterium Azospirillum. BMC Genomics. 2015;16:e833. https://doi.org/10.1186/s12864-015-1962-x
Laub MT, Goulian M. Specificity in two-component signal transduction pathways. Annu Rev Genet. 2007;41:121-145. https://doi.org/10.1146/annurev.genet.41.042007.170548
Lipa P, Janczarek M. Phosphorylation systems in symbiotic nitrogen-fixing bacteria and their role in bacterial adaptation to various environmental stresses. Peer J. 2020;8:e8466. https://doi.org/10.7717/peerj.8466
Filip’echeva Yu, Shelud’ko A, Prilipov A, Telesheva E, Mokeev D, Burov A, Petrova L, Katsy E. Chromosomal flhB1 gene of the alphaproteobacterium Azospirillum brasilense Sp245 is essential for correct assembly of both constitutive polar flagellum and inducible lateral flagella. Folia Microbiol. 2018;63:147-153. https://doi.org/10.1007/s12223-017-0543-6
Dubey AP, Pandey P, Singh VS, Mishra MN, Singh S, Mishra R, Tripathi AK. An ECF41 family σ factor controls motility and biogenesis of lateral flagella in Azospirillum brasilense Sp245. J. Bacteriol. 2020;202:e00231-20. https://doi.org/10.1128/JB.00231-20
Ganusova EE, Vo LT, Mukherjee T, Alexandre G. Multiple CheY proteins control surface-associated lifestyles of Azospirillum brasilense. Front. Microbiol. 2021;12:664826. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.664826
Chawla R, Gupta R, Lele TP, Lele PP. A skeptic’s guide to bacterial mechanosensing. J. Molecular Biology. 2020;432:523-533. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2019.09.004.
Moens S, Schloter M, Vanderleyden J. Expression of the structural gene, laf1, encoding the flagellin of the lateral flagella in Azospirillum brasilense Sp7. J. Bacteriol. 1996;178:5017-5019. https://doi.org/10.1128/jb.178.16.5017-5019.1996
Shelud’ko A, Volokhina I, Mokeev D, Telesheva E, Yevstigneeva S, Burov A, Tugarova A, Shirokov A, Burigin G, Matora L, Petrova L. Chromosomal gene of hybrid multisensor histidine kinase is involved in motility regulation in the rhizobacterium Azospirillum baldaniorum Sp245 under mechanical and water stress. World J Microbiol Biotechnol. 2023;39:336. https://doi.org/10.1007/s11274-023-03785-z
Döbereiner J, Day JM. Associative symbiosis in tropical grass: Characterization of microorganisms and dinitrogen fixing sites, Symposium on Nitrogen Fixation / eds. Newton WE, Nijmans CJ. Pullman, Washington State University Press; 1976:518-538.
Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T, eds. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.
Baldani JI. Survival of endophytic diazotrophic bacteria in soil under different moisture intensities. Braz J Microbiol. 2004;35:295-299. https://doi.org/10.1590/S1517-83822004000300005
Ferreira NdS, Sant’Anna FH, Reis VM, Ambrosini A, Volpiano CG, Rothballer M, Schwab S, Baura VA, Balsanelli E, Pedrosa FdO, Passaglia LMP, Souza EM, Hartmann A, Cassan F, Zilli JE. Genome-based reclassification of Azospirillum brasilense Sp245 as the type strain of Azospirillum baldaniorum sp. Nov. Microbiol. Society. 2020;70:6203-6212. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004517
Tarrand JX, Krieg NE, Döbereiner J. A taxonomic study of the Spirillum lipoferum group, with descriptions of a new genus, Azospirillum gen. nov. and two species, Azospirillum lipoferum (Beijerinck) comb. nov. and Azospirillum brasilense sp. nov. Can. J. Microbiol. 1978;24:967-980. https://doi.org/10.1139/m78-160
Figurski DH, Helinski DR. Replication of an origin-containing derivative of plasmid RK2 dependent on a plasmid function provided in trans. PNAS USA. 1979;76:1648-1652. https://doi.org/10.1073/pnas.76.4.1648
Kumar S, Rai AK, Mishra MN, Shukla M, Singh PK, Tripathi AK. RpoH2 sigma factor controls the photooxidative stress response in a nonphotosynthetic rhizobacterium, Azospirillum brasilense Sp7. Microbiology. 2012;158:2891-2902. https://doi.org/10.1099/mic.0.062380-0
Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods. 2001;25(4):402-408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
Paget MS, Helmann JD. The σ70 family of sigma factors. Genome Biol. 2003;4:203. https://doi.org/10.1186/gb-2003-4-1-203
Kazmierczak MJ, Wiedmann M, Boo KJ. Alternative sigma factors and their roles in bacterial virulence. Microbiol Mol Biol Rev. 2005;69:527-543. https://doi.org/10.1128/mmbr.69.4.527-543.2005
Nonaka G, Blankschien M, Herman C, Gross CA, Rhodius VA. Regulon and promoter analysis of the E. coli heat-shock factor, σ32, reveals a multifaceted cellular response to heat stress. Genes Dev. 2006;20:1776-1789. https://www.genesdev.org/cgi/doi.org/10.1101/gad.1428206.
Gullett JM, Bible A, Alexandre G. Distinct domains of CheA confer unique functions in chemotaxis and cell length in Azospirillum brasilense Sp7. J. Bacteriol. 2017;199:e00189-e00117. https://doi.org/10.1128/JB.00189-17
Kim W, Killam T, Sood V, Surette MG. Swarm-cell differentiation in Salmonella enterica serovar typhimurium results in elevated resistance to multiple antibiotics. J. Bacteriol. 2003;185:3111-3117. https://doi.org/10.1128/jb.185.10.3111-3117.2003
Little K, Austerman J, Zheng J, Gibbs KA. Cell shape and population migration are distinct steps of Proteus mirabilis swarming that are decoupled on high-percentage agar. J. Bacteriol. 2019;201:e00726-e00718. https://doi.org/10.1128/jb.00726-18