<i>Ralstonia solanacearum</i> lipopeptit kích thích phát triển bào tử chlamydospore ở nấm và tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập vào mô nấm.

ISME Journal - Tập 10 Số 9 - Trang 2317-2330 - 2016
Joseph E. Spraker1, Laura M. Sanchez2, Tiffany M. Lowe‐Power1, Pieter C. Dorrestein2, Nancy P. Keller3
1Department of Plant Pathology, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, USA
2Departments of Pharmacology, Chemistry and Biochemistry, Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, University of California—San Diego , La Jolla, CA, USA
3Departments of Bacteriology, Medical Microbiology and Immunology, University of Wisconsin—Madison , Madison, WI, USA

Tóm tắt

Tóm tắt Ralstonia solanacearum là một loại vi khuẩn gây bệnh thực vật tồn tại trong đất trên toàn thế giới, có phạm vi sinh thái rộng rãi với nhiều loại nấm liên quan đến thực vật và đất. Chúng tôi đã tìm cách xác định liệu các giao tiếp hóa học của R. solanacearum có điều khiển sự phát triển đối ứng của các cộng đồng đa vi sinh vật hay không. R. solanacearum đã sản xuất ra một hợp chất khuếch tán kích thích sự phân loại hình thái bảo tồn ở 34 loài nấm, thuộc ba ngành đa dạng (Ascomycetes, Basidiomycetes và Zygomycetes). Các loài nấm tiếp xúc với hợp chất này đã hình thành bào tử chlamydospore, những cấu trúc sinh tồn với thành tế bào dày. Một số bào tử chlamydospore có chứa R. solanacearum, chỉ ra một phong cách sống nội nấm mới mô tả cho tác nhân gây bệnh thực vật quan trọng này. Sử dụng kỹ thuật khối phổ hình ảnh và peptidogenomics, chúng tôi đã xác định được một lipopeptit chưa được mô tả trước đây là ralsolamycin, được sản xuất bởi một tổ hợp enzym không-ribosome polyketide synthetase của R. solanacearum. Sự bất hoạt của gen tổng hợp peptides và polyketide không qua ribosome kết hợp, rmyA, đã hủy bỏ sự tổng hợp ralsolamycin. Các đột biến R. solanacearum thiếu ralsolamycin không còn kích thích sự phát triển của chlamydospore trong cộng đồng nuôi cấy cùng với nấm và xâm nhập ít hơn vào các sợi nấm so với loại hoang dã. Chúng tôi đề xuất rằng ralsolamycin đóng góp vào sự xâm nhập của sợi nấm và sự hình thành bào tử chlamydospore có thể cung cấp không chỉ một vị trí thích hợp cho việc xâm chiếm vi khuẩn mà còn cải thiện khả năng sống sót cho nấm cộng sinh.

Từ khóa

#<i>Ralstonia solanacearum</i> #lipopeptit #bào tử chlamydospore #cộng đồng đa vi sinh vật #vi khuẩn #nấm #ralsolamycin #polyketide synthetase

Tài liệu tham khảo

Abou-Gabal, 1981, Ultrastructure of the chlamydospore growth phase of Aspergillus parasiticus associated with higher production of aflatoxins, Mykosen, 24, 307, 10.1111/j.1439-0507.1981.tb01871.x

Adams, 2004, Fungal cell wall chitinases and glucanases, Microbiology, 150, 2029, 10.1099/mic.0.26980-0

Álvarez, 2010, On the life of Ralstonia solanacearum, a destructive bacterial plant pathogen, Technol Educ Top Appl Microbiol Microb Biotechnol, 1, 267

Bachmann, 2009, Chapter 8: Methods for In Silico Prediction of Microbial Polyketide and Nonribosomal Peptide Biosynthetic Pathways from DNA Sequence Data

Barran, 1977, Requirements for the rapid conversion of macroconidia of Fusarium sulphureum to chlamydospores, Can J Microbiol, 23, 148, 10.1139/m77-021

Burlinson, 2011, Bacterial-fungal interactions: hyphens between agricultural, clinical, environmental, and food microbiologists, Microbiol Mol Biol Rev, 75, 583, 10.1128/MMBR.00020-11

Couteaudier, 1990, Quantitative comparison of Fusarium oxysporum competitiveness in relation with carbon utilization, FEMS Microbiol Ecol, 74, 261, 10.1111/j.1574-6968.1990.tb04072.x

Couteaudier, 1990, Survival and inoculum potential of conidia and chlamydospores of Fusarium oxysporum f.sp. lini in soil, Can J Microbiol, 36, 551, 10.1139/m90-096

Cragg, 2013, Natural products: a continuing source of novel drug leads, Biochim Biophys Acta - Gen Subj, 1830, 3670, 10.1016/j.bbagen.2013.02.008

Crone, 2013, Survival of Phytophthora cinnamomi as oospores, stromata, and thick-walled chlamydospores in roots of symptomatic and asymptomatic annual and herbaceous perennial plant species, Fungal Biol, 117, 112, 10.1016/j.funbio.2012.12.004

Davies, 2013, Specialized microbial metabolites: functions and origins, J Antibiot (Tokyo), 66, 361, 10.1038/ja.2013.61

Du, 2001, Hybrid peptide-polyketide natural products: biosynthesis and prospects toward engineering novel molecules, Metab Eng, 3, 78, 10.1006/mben.2000.0171

Duitman, 1999, The mycosubtilin synthetase of Bacillus subtilis ATCC6633: a multifunctional hybrid between a peptide synthetase, an amino transferase, and a fatty acid synthase, Proc Natl Acad Sci USA, 96, 13294, 10.1073/pnas.96.23.13294

Eisman, 2006, The Cek1 and Hog1 mitogen-activated protein kinases play complementary roles in cell wall biogenesis and chlamydospore formation in the fungal pathogen Candida albicans, Eukaryot Cell, 5, 347, 10.1128/EC.5.2.347-358.2006

Felsenstein, 1985, Confidence limits on phylogenies: an approach using the bootstrap, Evolution (N Y), 39, 783

Genin, 2004, Lessons learned from the genome analysis of Ralstonia solanacearum, Annu Rev Phytopathol, 42, 107, 10.1146/annurev.phyto.42.011204.104301

Genin, 2012, Pathogenomics of the Ralstonia solanacearum species complex, Annu Rev Phytopathol, 50, 67, 10.1146/annurev-phyto-081211-173000

Haas, 2005, Biological control of soil-borne pathogens by fluorescent pseudomonads, Nat Rev Microbiol, 3, 307, 10.1038/nrmicro1129

Hayward, 1991, Biology and epidemiology of bacterial wilt caused by Pseudomonas solanacearum, Annu Rev Phytopathol, 29, 65, 10.1146/annurev.py.29.090191.000433

Hendrick, 1984, Lipopolysaccharide-defective mutants of the wilt pathogen Pseudomonas solanacearum, Appl Environ Microbiol, 48, 94, 10.1128/aem.48.1.94-101.1984

Hildebrandt, 2006, The bacterium Paenibacillus validus stimulates growth of the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices up to the formation of fertile spores, FEMS Microbiol Lett, 254, 258, 10.1111/j.1574-6968.2005.00027.x

Hoffman, 2010, Diverse bacteria inhabit living hyphae of phylogenetically diverse fungal endophytes, Appl Environ Microbiol, 76, 4063, 10.1128/AEM.02928-09

Hutchison, 1995, Role of biosurfactant and ion channel-forming activities of syringomycin in transmembrane ion flux: a model for the mechanism of action in the plant-pathogen interaction, Mol Plant Microbe Interact, 8, 610, 10.1094/MPMI-8-0610

Kersten, 2011, A mass spectrometry-guided genome mining approach for natural product peptidogenomics, Nat Chem Biol, 7, 794, 10.1038/nchembio.684

Kobayashi, 2000, Preparation and antimicrobial activity of micacocidin, J Antibiot (Tokyo), 53, 532, 10.7164/antibiotics.53.532

Kreutzer, 2011, Biosynthesis of a complex yersiniabactin-like natural product via the mic locus in phytopathogen Ralstonia solanacearum, Appl Environ Microbiol, 77, 6117, 10.1128/AEM.05198-11

Kües, 1998, The A mating type and blue light regulate all known differentiation processes in the basidiomycete Coprinus cinereus, Mol Gen Genet, 260, 81, 10.1007/s004380050873

Lackner, 2011, Endofungal bacterium controls its host by an hrp type III secretion system, ISME J, 5, 252, 10.1038/ismej.2010.126

Lackner, 2011, Evolution of an endofungal lifestyle: deductions from the Burkholderia rhizoxinica genome, BMC Genomics, 12, 210, 10.1186/1471-2164-12-210

Lackner, 2009, Endofungal bacteria as producers of mycotoxins, Trends Microbiol, 17, 570, 10.1016/j.tim.2009.09.003

Li, 2012, Induction of chlamydospore formation in Fusarium by cyclic lipopeptide antibiotics from Bacillus subtilis C2, J Chem Ecol, 38, 966, 10.1007/s10886-012-0171-1

Li, 2005, Induction of chlamydospores in Trichoderma harzianum and Gliocladium roseum by antifungal compounds produced by Bacillus subtilis C2, J Phytopathol, 153, 686, 10.1111/j.1439-0434.2005.01038.x

Liu, 2001, Twitching motility of Ralstonia solanacearum requires a type IV pilus system, Microbiology, 147, 3215, 10.1099/00221287-147-12-3215

Liu, 2013, Structures of Mycobacterium tuberculosis FadD10 protein reveal a new type of adenylate-forming enzyme, J Biol Chem, 288, 18473, 10.1074/jbc.M113.466912

Madslien, 2013, Lichenysin is produced by most Bacillus licheniformis strains, J Appl Microbiol, 115, 1068, 10.1111/jam.12299

Maget-Dana, 2003, Iturins, a special class of pore-forming lipopeptides: biological and physicochemical properties, Toxicology, 87, 151, 10.1016/0300-483X(94)90159-7

Medema, 2011, AntiSMASH: rapid identification, annotation and analysis of secondary metabolite biosynthesis gene clusters in bacterial and fungal genome sequences, Nucleic Acids Res, 39, 339, 10.1093/nar/gkr466

Medema, 2014, Pep2Path: automated mass spectrometry-guided genome mining of peptidic natural products, PLoS Comput Biol, 10, e1003822, 10.1371/journal.pcbi.1003822

Moree, 2012, Interkingdom metabolic transformations captured by microbial imaging mass spectrometry, Proc Natl Acad Sci USA., 109, 13811, 10.1073/pnas.1206855109

Nei, 2000, Molecular Evolution and Phylogenetics, 10.1093/oso/9780195135848.001.0001

Nikoh, 2014, Evolutionary origin of insect-Wolbachia nutritional mutualism, Proc Natl Acad Sci USA, 111, 10257, 10.1073/pnas.1409284111

Ohara, 2004, FoSTUA, encoding a basic helix-loop-helix protein, differentially regulates development of three kinds of asexual spores, macroconidia, fungal plant pathogen Fusarium oxysporum, Eukaryot Cell, 3, 1412, 10.1128/EC.3.6.1412-1422.2004

O’Connor, 2014, Gill bacteria enable a novel digestive strategy in a wood-feeding mollusk, Proc Natl Acad Sci USA, 111, E5096, 10.1073/pnas.1413110111

Partida-Martinez, 2007, Burkholderia rhizoxinica sp. nov. and Burkholderia endofungorum sp. nov., bacterial endosymbionts of the plant-pathogenic fungus Rhizopus microsporous, Int J Syst Evol Microbiol, 57, 2583, 10.1099/ijs.0.64660-0

Patel, 2011, All-or-none membrane permeabilization by fengycin-type lipopeptides from Bacillus subtilis QST713, Biochim Biophys Acta - Biomembr, 1808, 2000, 10.1016/j.bbamem.2011.04.008

Regúlez, 1980, Lipid composition and the transition from yeast-like to chlamydospore cells of Pullularia pullulans, Can J Microbiol, 26, 1428, 10.1139/m80-238

Schindelin, 2012, Fiji: an open-source platform for biological-image analysis, Nat Methods, 9, 676, 10.1038/nmeth.2019

Shimizu, 2001, Genetic involvement of a cAMP-dependent protein kinase in a G protein signaling pathway regulating morphological and chemical transitions in Aspergillus nidulans, Genetics, 157, 591, 10.1093/genetics/157.2.591

Spraker, 2014, A volatile relationship: profiling an inter-kingdom dialogue between two plant pathogens, Ralstonia solanacearum and Aspergillus flavus, J Chem Ecol, 40, 502, 10.1007/s10886-014-0432-2

Staib, 2005, Liquid growth conditions for abundant chlamydospore formation in Candida dubliniensis, Mycoses, 48, 50, 10.1111/j.1439-0507.2004.01085.x

Tamura, 2013, MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0, Mol Biol Evol, 30, 2725, 10.1093/molbev/mst197

Tarkka, 2009, Inter-kingdom encounters: recent advances in molecular bacterium-fungus interactions, Curr Genet, 55, 233, 10.1007/s00294-009-0241-2

van Eck, 1978, Lipid body content and persistence of chlamydospores of Fusarium solani in soil, Can J Microbiol, 24, 65, 10.1139/m78-012

Wackler, 2011, Ralfuranone biosynthesis in Ralstonia solanacearum suggests functional divergence in the quinone synthetase family of enzymes, Chem Biol, 18, 354, 10.1016/j.chembiol.2011.01.010

Watrous, 2012, Mass spectral molecular networking of living microbial colonies, Proc Natl Acad Sci USA, 109, 1743, 10.1073/pnas.1203689109

Yang, 2012, Primer on agar-based microbial imaging mass spectrometry, J Bacteriol, 194, 6023, 10.1128/JB.00823-12

Yao, 2006, Chemotaxis is required for virulence and competitive fitness of the bacterial wilt pathogen Ralstonia solanacearum, J Bacteriol, 188, 3697, 10.1128/JB.188.10.3697-3708.2006

Yu, 2004, Double-joint PCR: a PCR-based molecular tool for gene manipulations in filamentous fungi, Fungal Genet Biol, 41, 973, 10.1016/j.fgb.2004.08.001

Zheng, 2015, Redox metabolites signal polymicrobial biofilm development via the NapA oxidative stress cascade in Aspergillus, Curr Biol, 25, 29, 10.1016/j.cub.2014.11.018