Vlastnosti Rhizobia, taxonomie, morfologie, lokalita a přínosy



Rhizobium je rod bakterií, které mají schopnost fixovat dusík z atmosféry. Obecně jsou bakterie se schopností fixovat dusík známé jako rhizobie. Tyto vztahy mezi rostlinami a mikroorganismy byly rozsáhle studovány.

Tyto prokaryoty žijí v symbiotických vztazích s různými rostlinami: luštěninami, jako jsou fazole, vojtěška, čočka, sója, mj..

Jsou specificky spojeny s kořeny a poskytují rostlině dusík, který potřebují. Rostlina zase nabízí bakterii místo útočišť. Tento úzký symbiotický vztah způsobuje vylučování molekuly zvané leghemoglobin. Tato symbióza produkuje významný podíl N2 v biosféře.

V tomto vztahu bakterie způsobují tvorbu uzlin v kořenech, které odlišují tzv. "Bakteroidy"..

Většina studií, které byly provedeny v tomto bakteriálním rodu, vzala v úvahu pouze jejich symbiotický stav a jeho vztah k rostlině. Z tohoto důvodu existuje jen velmi málo informací týkajících se individuálního životního stylu bakterií a jeho funkce jako složky půdního mikrobiomu..

Index

  • 1 Charakteristika
  • 2 Infekční proces
    • 2.1 Vývoj a typ uzlin
    • 2.2 Tvorba bakteroidů
    • 2.3 Přitažlivost mezi rhizobií a kořeny
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taxonomie
  • 4 Morfologie
  • 5 Lokalita
  • 6 Výhody a aplikace
  • 7 Odkazy

Vlastnosti

Bakterie rodu Rhizobium Jsou známy především svou schopností fixovat dusík a navazovat symbiotické vztahy s rostlinami. Ve skutečnosti je považován za jeden z nejdramatičtějších vztahů, které v přírodě existují.

Jsou heterotrofní, což znamená, že musí získat svůj energetický zdroj organické hmoty. Rhizobium roste normálně za aerobních podmínek a uzliny se tvoří při teplotě 25 až 30 ° C a optimálním pH 6 nebo 7.

Proces fixace dusíku však vyžaduje nízkou koncentraci kyslíku k ochraně dusíkatých látek (enzym, který tento proces katalyzuje).

Pro řešení velkého množství kyslíku existuje protein podobný hemoglobinu, který je zodpovědný za sekvestraci kyslíku, který by mohl zasáhnout do procesu..

Symbiotické vztahy, které tyto prokaryontové vytvářejí s luštěninami, mají vysoký ekologický a ekonomický dopad, takže existuje rozsáhlá literatura o tomto velmi specifickém vztahu.

Proces infekce není jednoduchý, zahrnuje řadu kroků, kdy se bakterie a rostlina vzájemně ovlivňují v činnostech buněčného dělení, genové exprese, metabolických funkcí a morfogeneze..

Infekční proces

Tyto bakterie jsou vynikajícími biologickými modely pro pochopení interakcí mezi mikroorganismy a rostlinami.

Rhizobia se nachází v půdě, kde kolonizují kořeny a podaří se jim vstoupit do rostliny. Obecně, kolonizace začne v kořenových chlupech, ačkoli infekce je také možná přes malé léze v epidermis.

Když jsou bakterie schopny proniknout dovnitř rostliny, je obvykle udržována po určitou dobu v intracelulárních prostorech rostliny. Jak pokračuje vývoj uzlin, rhizobie vstupuje do cytoplazmy těchto struktur.

Vývoj a typ uzlin

Vývoj uzlin zahrnuje řadu synchronických příhod v obou organismech. Uzly jsou klasifikovány v určitém a neurčitém stavu.

První pochází z buněčných dělení ve vnitřní kůře a má trvalý apikální meristém. Vyznačují se válcovým tvarem a dvěma diferencovanými zónami.

Na druhé straně, zjištěné uzliny vyplývají z buněčných dělení ve střední nebo vnější části kořenové kůry. V těchto případech nemáte trvalý meristem a jeho tvar je sférický. Zralý nodul se může vyvinout buněčným růstem.

Tvorba bakteroidu

Diferenciace bakteroidů se vyskytuje v uzlu: N-fixační formě2. Bakteroidy spolu s membránami rostlin tvoří symbiosom.

V těchto komplexních rostlinných mikrobech je rostlina zodpovědná za poskytování uhlíku a energie, zatímco bakterie produkují amoniak.

Ve srovnání s volně žijícími bakteriemi prochází bakteriode řadou změn v transkriptomu, v celé buněčné struktuře a metabolických aktivitách. Všechny tyto změny probíhají tak, aby se přizpůsobily intracelulárnímu prostředí, jehož jediným cílem je fixace dusíku.

Rostlina může tuto dusíkatou sloučeninu vylučovat bakteriemi a použít ji pro syntézu základních molekul, jako jsou aminokyseliny.

Většina druhů Rhizobium Jsou poměrně selektivní, pokud jde o počet hostů, které mohou infikovat. Některé druhy mají pouze jednoho hostitele. Naopak malý počet bakterií se vyznačuje promiskuitou a širokým spektrem potenciálních hostitelů.

Přitažlivost mezi rhizobií a kořeny

Přitažlivost mezi bakteriemi a kořeny luštěnin je zprostředkována chemickými činidly, vyzařovanými kořeny. Když jsou bakterie a kořen blízké, na molekulární úrovni dochází k řadě událostí.

Kořenové flavonoidy indukují geny v bakteriích přikývl. To vede k produkci oligosacharidů známých jako LCO nebo uzlové faktory. LCO se váží na receptory, tvořené lysinovými motivy, v kořenových chlupech, čímž iniciují signalizační události.

Existují i ​​jiné geny přikývl - zapojení do procesu symbiózy, as exo, nif a opravit.

Leghemoglobin

Leghemoglobin je molekula proteinové povahy, typická pro symbiotický vztah mezi rhizobií a luštěninami. Jak už název napovídá, je poměrně podobný známějšímu proteinu: hemoglobinu.

Stejně jako jeho krevní analog má leghemoglobin rozdíl v tom, že má vysokou afinitu k kyslíku. Vzhledem k tomu, že proces fixace, ke kterému dochází v uzlinách, je negativně ovlivněn vysokými koncentracemi kyslíku, protein je zodpovědný za to, aby byl udržován v pořádku..

Taxonomie

Přibližně 30 druhů Rhizobium, nejznámější Rhizobium cellulosilyticum a Rhizobium leguminosarum. Patří do čeledi Rhizobiaceae, kde se nacházejí i další rody: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, a Sinorhizobium.

Řád je Rhizobiales, třída je Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria a Bacteria Kingdom..

Morfologie

Rhizobie jsou bakterie, které selektivně infikují kořeny luštěnin. Jsou charakterizovány jako gram negativní, mají kapacitu posunu a jejich tvar připomíná třtinu. Její rozměry jsou mezi 0,5 až 0,9 mikrometry široké a 1,2 a 3,0 mikrometry dlouhé.

Liší se od zbytku bakterií, které obývají půdu, a to dvěma formami: volnou morfologií nalezenou v půdách a symbiotickou formou v rámci svého rostlinného hostitele..

Kromě morfologie kolonie a barvení gramů existují i ​​jiné metody, pomocí kterých můžete identifikovat bakterie rodu. Rhizobium, Patří mezi ně testy využití živin, jako je katalázový test, oxidáza a použití uhlíku a dusíku.

Podobně byly pro identifikaci použity molekulární testy, například aplikace molekulárních markerů.

Lokalita

Obecně platí, že rhizobie patřící do čeledi Rhizobiaceae vykazují zvláštnost, že jsou spojovány hlavně s rostlinami čeledi Fabaceae..

Rodina Fabaceae zahrnuje luštěniny - zrna, čočku, vojtěšku, jen abychom jmenovali několik druhů známých pro svou gastronomickou hodnotu. Rodina patří do Angiosperms, být třetí největší rodina. Oni jsou široce distribuovaní ve světě, sahat od tropických oblastí k arktickým oblastem.

Je znám pouze jeden druh luštěnin, který navazuje na symbiotické vztahy Rhizobium: Parasponea, rod rostlin z rodiny Cannabáceas.

Kromě toho počet asociací, které mohou být vytvořeny mezi mikroorganismem a rostlinou, závisí na mnoha faktorech. Někdy je asociace omezena povahou a druhem bakterií, zatímco v jiných případech závisí na rostlině.

Na druhé straně, ve své volné formě jsou bakterie součástí přirozené flóry půdy - dokud nenastane nodulační proces. Všimněte si, že i když v půdě jsou luštěniny a rhizobie, tvorba uzlíků není zajištěna, protože kmeny a druhy členů symbiózy musí být kompatibilní.

Výhody a aplikace

Fixace dusíku je klíčovým biologickým procesem. Zahrnuje příjem dusíku v atmosféře ve formě N2 a redukuje se na NH4+. Dusík tak může vstupovat do ekosystému a být v něm používán. Tento proces má velký význam v různých typech prostředí, ať už pozemních, sladkovodních, mořských nebo arktických.

Zdá se, že dusík je prvek, který ve většině případů omezuje růst plodin a působí jako omezující složka.

Z komerčního hlediska lze rhizobii využít jako zesilovače v zemědělství díky své schopnosti fixovat dusík. Existuje tedy obchod související s procesem inokulace uvedených bakterií.

Očkování rhizobia má velmi pozitivní účinky ve vztahu k růstu rostliny, hmotnosti a počtu semen, které produkuje. Tyto přínosy byly prokázány experimentálně desítkami studií s luštěninami.

Odkazy

  1. Allen, E. K., & Allen, O. N. (1950). Biochemické a symbiotické vlastnosti rhizobie. Bakteriologické recenze, 14(4), 273.
  2. Jiao, Y. S., Liu, Y. H., Yan, H., Wang, E. T., Tian, ​​C. F., Chen, W. X., ... & Chen, W. F. (2015). Rhizobiální rozmanitost a nodulační charakteristiky extrémně promiskuitního luštěniny Sophora flavescens. Interakce molekulárních rostlin-mikrobů, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D. C. (1962). Bakteroidy rodu Rhizobium. Bakteriologické recenze, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P. J. (1994). Symbiotické charakteristiky Rhizobium leguminosarum bv. trifolii které představují hlavní a menší chromozomální typy obsažené v uzlinách (Trifolium subterraneum L.). Aplikovaná a environmentální mikrobiologie, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobie: od saprofytů po endosymbionty. Příroda Recenze Mikrobiologie, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Příručka pro rhizobii: metody v technologii luskovin-Rhizobium. Springer Science & Business Media.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Genetické a molekulární mechanismy, které jsou základem pro Symbiotickou specifitu v interakcích mezi luštěninami a Rhizobiem. Hranice v rostlinné vědě, 9, 313.