Characterisation of non-symbiotic rhizobial and serratia populations from soil
- Autores: Amalia Soenens Martínez de Murguia
- Directores de la Tesis: Juan Imperial Ródenas (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Palacios Alberti (presid.), Emilia López Solanilla (secret.), Margarita Gomila Ribas (voc.), Rita Monson (voc.), Francisco Jesús Temprano Vera (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología y Recursos Genéticos de Plantas y Microorganismos Asociados por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
Abstract Soil represents one of the most complex environments and a large bacterial reservoir. In this work, two groups of Gram-negative soil bacteria were studied, Rhizobia and Serratia. Rhizobia establish endosymbioses mainly with plants belonging to the Fabaceae (legumes) group. During this symbiosis, legume plants are able to feed from the atmospheric nitrogen fixed to ammonia by the Rhizobia, which makes them independent from any external fixed nitrogen supply. Serratia belong to a genus within the Enterobacteriaceae family; characteristic of these bacteria is their secondary metabolism, producing compounds such as prodigiosin or carbapenem that have been extensively studied. Semi-selective enrichment, followed by PCR screening with genus-specific markers developed in this work and species markers, resulted in the successful direct isolation of fast and slow-growing Rhizobia of the genera Neorhizobium, Ensifer and Bradyrhizobium, and of the enterobacterium Serratia, from different soils where no legumes had been cultivated. This methodology allowed the isolation and characterisation of Rhizobia, particularly of those lacking either nodulation or fixation genes, which, before these work, had never studied at this level and of Serratia, whose populations have also been poorly studied, in both cases due to the lack of appropriate methodology. Abundance and presence of Rhizobia varied among soils, but the rhizobial non-symbiotic populations were, in all cases, larger and more diverse than the symbiotic ones that were obtained using the trap plant method. This led to the identification of novel non-symbiotic Rhizobia populations and to the first non-symbiotic Neorhizobium species description. It also allowed the genomic comparison of two Ensifer isolates from the same soil, highly-related phylogenetically, one containing symbiotic genes and another one missing them altogether. Whole genome analyses and alignment showed pSyms reorganisation –particularly of pSymA that harbours the nodulation and fixation genes– between these strains. Slow-growing Bradyrhizobium were also isolated; our methodology uncovered a very diverse population consisting of symbiotic, non-symbiotic and nitrogen-fixing isolates. Our Serratia soil isolates reproduced the diversity of the whole genus. Phenotypic screening of secondary metabolism related compounds, showed production of a full range of potentially interesting compounds, among them some with antibiotic or antifungal activities.
Resumen El suelo representa unos de los ambientes más complejos a nivel microbiano y un gran reservorio de éstos. En este trabajo se han estudiado dos grupos diferentes de bacterias gram-negativas, los Rizobios y Serratia. Los Rizobios establecen endosimbiosis con plantas, fundamentalmente del grupo de las Fabaceae (leguminosas). En esta simbiosis, las leguminosas se alimentan del nitrógeno atmosférico fijado a amonio por los Rizobios. Como consecuencia las leguminosas se independizan de la necesidad de un suministro externo de nitrógeno fijado. Serratia es un género de bacterias de la familia Enterobacteriaceae que destaca por su metabolismo secundario, y algunos compuestos derivados de este metabolismo, como la prodigiosina o los carbapenemas, han sido extensamente estudiados. La utilización de medios semi-selectivos de crecimiento, junto con un cribado por PCR utilizando marcadores de género desarrollados en este trabajo o de especie, resultó en el aislamiento de rizobios de crecimiento rápido y lento de los géneros Neorhizobium, Ensifer y Bradyrhizobium, así como de enterobacterias del género Serratia, a partir de suelos donde nunca se habían cultivado leguminosas. Esta metodología, permitió el aislamiento y caracterización de Rizobios, en particular, de Rizobios que no contienen ni genes de nodulación ni de fijación de nitrógeno, denominados no simbióticos, que hasta este trabajo no habían sido descritos detalladamente, también de Serratia, cuyas poblaciones tampoco habían sido bien estudiadas, en ambos casos debido a la falta de metodología apropiada. La presencia y abundancia de Rizobios varió en los diferentes suelos estudiados. Las poblaciones de Rizobios no simbióticos fueron en todos los casos, mayores y más diversas que las de los simbióticos obtenidos por el método de planta trampa. Como resultado, se identificaron nuevas poblaciones de Rizobios no-simbioticos y se describió la primera especie de Neorhizobium no simbiótico. La comparación a nivel genómico de dos aislados de Ensifer de un mismo suelo, uno de ellos simbiótico y otro no simbiótico, muy parecidos filogenéticamente, puso de manifiesto la reorganización de los plásmidos simbióticos (pSyms), particularmente del pSymA que contiene los genes de nodulación y fijación. También se aislaron Rizobios del género de crecimiento lento Bradyrhizobium; esta población resultó ser muy diversa, conteniendo aislados tanto simbióticos, como no simbióticos o solamente fijadores de nitrógeno. Por otro lado, los aislamientos de Serratia obtenidos reproducen la diversidad de la totalidad del género Serratia. El cribado fenotípico de compuestos relacionados con el metabolismo secundario mostró un rango de producción muy interesante de compuestos, como por ejemplo antibióticos y antifúngicos.
