Wiley

Costa Rica nằm ở trung tâm của điểm nóng đa dạng sinh học Mesoamerican. Đến nay, rất ít thông tin được biết đến về vi khuẩn lam từ khu vực này. Bài báo này đã tiến hành đặc trưng bốn mẫu tách chiết thuộc bộ Stigonematales (phân đoạn V) theo phương pháp đa pha. Tất cả các chủng đều được tách chiết từ các địa điểm địa nhiệt và suối nước nóng của Costa Rica. Tuy nhiên, một trong số đó, được xác định là Westiellopsis sp. Ar73, không phát triển ở nhiệt độ cao hơn 40°C. Dựa trên trình tự 16S rRNA giống hệt với nhiều chủng Westiellopsis sp. đã được tách chiết trước đó và Fischerella muscicola, có thể suy luận rằng chúng có sự phân bố rộng rãi ở các khu vực nhiệt đới và á nhiệt đới. Ngược lại, các mẫu MV9, MV11 và RV14 phát triển tốt ở nhiệt độ lên đến 50–55°C. Dựa trên dữ liệu hình thái học, siêu cấu trúc, phân tử và sinh lý học, MV9, MV11 và RV14 đã được xác định thuộc về chi Fischerella. Hai loại không gian phiên mã giữa gene (ITS) khác nhau, có hoặc không có gene tRNA, đã được phát hiện cho tất cả các Stigonematales được phân tích ở đây, cho thấy sự đa dạng ITS là đặc trưng của vi khuẩn lam có heterocyst. Trong các cây phát sinh chủng loại, các loài Fischerella này hình thành một nhánh mới và khác biệt trong dòng dõi rộng hơn của Fischerella nhiệt thống (Mastigocladus cf. laminosus), điều này có thể đại diện cho một dòng dõi địa lý. Do đó, sự cách ly địa lý có thể là một khía cạnh chưa được đánh giá đúng của tiến hóa vi sinh vật. Các chủng được trình bày ở đây thích hợp để trở thành những mô hình mới trong việc nghiên cứu nhóm vi khuẩn lam này.

Chúng tôi đã nghiên cứu sự đa dạng kiểu gen của các vi sinh vật quang dưỡng có oxy và không có oxy trong các mẫu lớp vi sinh vật thu thập từ ba địa điểm suối nước nóng ở bờ đông Greenland. Những suối nước nóng này chứa các hệ sinh thái vi sinh vật Bắc Cực độc đáo chưa từng được nghiên cứu chi tiết trước đây. Các mồi oligonucleotide đặc hiệu cho vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh tím, vi khuẩn lưu huỳnh xanh và các vi khuẩn xanh không lưu huỳnh giống Choroflexus/Roseiflexus đã được sử dụng để khuếch đại chọn lọc các đoạn gen 16S rRNA. Sản phẩm khuếch đại được tách biệt bằng điện di gel độ dốc phân hủy (DGGE) và được giải mã trình tự. Ngoài ra, một số vi khuẩn lam đã được tách ra từ các mẫu lớp và phân loại bằng phương pháp hình thái học và dựa trên 16S rRNA. Các trình tự 16S rRNA vi khuẩn lam thu được từ DGGE đại diện cho một tập hợp đa dạng, đa nguồn gốc của vi khuẩn lam. Các cộng đồng lớp vi sinh vật chủ yếu được chi phối bởi vi khuẩn lam sợi có heterocyst và không có heterocyst. Kết quả của chúng tôi cho thấy thành phần cộng đồng vi khuẩn lam trong các mẫu này là khác nhau cho từng địa điểm lấy mẫu. Các lớp khác nhau của cùng một lớp vi sinh vật không đồng nhất thường chứa các cộng đồng vi khuẩn lam riêng biệt và khác nhau. Chúng tôi nhận thấy có mối quan hệ giữa thành phần cộng đồng vi khuẩn lam và nhiệt độ in situ của các phần khác nhau của lớp. Các lớp vi sinh vật Greenland thể hiện sự đa dạng thấp của vi sinh vật quang dưỡng không oxy so với các lớp vi sinh vật từ các suối nước nóng khác, điều này có thể liên quan đến điều kiện quang hóa học trong các lớp vi sinh vật do chế độ ánh sáng Bắc Cực gây ra.

Có giả thuyết rằng vi sinh vật sống tự do có sự phân tán rộng rãi, không hình thành các quần thể địa lý bị cô lập và hiếm khi (nếu có) tiến hóa thông qua sự tách biệt ở những khu vực khác nhau. Chúng tôi đã nghiên cứu các cộng đồng vi khuẩn lam ở suối nước nóng giống như các hòn đảo, nơi mà sự cô lập địa lý nên được thể hiện rõ rệt và có thể phát hiện nếu nó ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa của vi khuẩn. Độ đa dạng di truyền của các loài vi khuẩn lam bản địa tại các suối ở Bắc Mỹ, Nhật Bản, New Zealand và Italia đã được khảo sát thông qua (i) khuếch đại và clone các vùng RNA ribosome 16S và khoảng chuyển giao nội bộ 16S−23S; (ii) thăm dò oligonucleotide theo dòng đặc hiệu (được sử dụng để xác nhận sự chiếm ưu thế của các trình tự đã clone); và (iii) phản ứng chuỗi polymerase (PCR) đặc hiệu theo dòng (được sử dụng để tìm kiếm các kiểu gen hiếm có thể). Các mẫu vật hình thái phát sinh và phân bố cho thấy có sự nhất quán với sự tồn tại của sự cô lập địa lý cả ở quy mô toàn cầu lẫn địa phương, mặc dù các dòng vi khuẩn lam khác nhau được phát hiện có sự khác biệt về phân bố. Việc không có mối tương quan giữa mô hình sinh học và đặc tính hóa học của các suối được lấy mẫu gợi ý rằng phân bố địa lý của vi khuẩn lam ưa nhiệt không thể được giải thích chỉ bằng 20 thông số hóa học tiềm năng xác định môi trường mà chúng tôi đã kiểm tra. Do đó, sự cô lập địa lý (tức là sự biến đổi di truyền) một phần phải chịu trách nhiệm cho những biến đổi tiến hóa quan sát được. Sự cô lập địa lý có thể là một khía cạnh quan trọng bị đánh giá thấp trong tiến hóa vi sinh vật.

Vi khuẩn trong không khí tồn tại rất phong phú và có thể thay đổi theo mục đích sử dụng đất. Sự mở rộng đô thị đang gia tăng nhanh chóng trên quy mô toàn cầu, làm thay đổi các nguồn nguyên liệu tự nhiên của đa dạng sinh học vi khuẩn trong không khí, khi đất và các loại cây bản địa bị thay thế bằng bê tông và các khu vườn được quản lý. Sự đô thị hóa làm đồng nhất hóa đa dạng sinh học của các sinh vật lớn hơn, nhưng những tác động của nó vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ trong lĩnh vực vi sinh vật học. Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp phân loại và độ dốc để khảo sát các cộng đồng vi khuẩn trong không khí ở phía tây nam Michigan (Mỹ). Các cộng đồng vi khuẩn trong không khí mang dấu hiệu vi khuẩn đường ruột và đồng nhất như nhau giữa các địa điểm thành phố và nông thôn, mặc dù sự đồng nhất của cộng đồng vi khuẩn trong đất tại các địa điểm đô thị lớn hơn. Ruminococcaceae là nhóm vi khuẩn phong phú, nguồn gốc của chúng có thể là từ động vật hoang dã. Bên cạnh dấu hiệu vi khuẩn đường ruột, còn có những ảnh hưởng cơ bản của việc sử dụng đất, điều này thể hiện qua sự chia sẻ các loại vi khuẩn trong không khí giữa các địa điểm thành phố và nông thôn. Bacillales, Burkholderiales, Alteromonadales và Pseudomonadales được chia sẻ nhiều hơn tại các địa điểm đô thị, trong khi Xanthomonadales, chứa các tác nhân gây bệnh cho cây trồng, lại được chia sẻ giữa các địa điểm nông nghiệp trong nông thôn. Những kết quả này gợi ý rằng các loại vi khuẩn có thể phân bổ toàn cầu, kết hợp với các nguồn địa phương, góp phần vào các cộng đồng đô thị, trong khi các hoạt động nông thôn khu vực điều khiển thành phần nông thôn. Chúng tôi xác định rằng đất khó có thể góp phần vào phân bổ rộng rãi của một số loại vi khuẩn liên quan đến thực vật, nhưng có thể là nguồn phân bổ cho những loại khác.

Fusarium graminearum is a prominent plant pathogenic fungus causing Fusarium head blight in major cereal crops worldwide. To understand the molecular mechanisms underlying fungal development and virulence, large collections of F. graminearum mutants have been constructed. Cytochrome P450 monooxygenases (P450s) are widely distributed in organisms and are involved in a diverse array of molecular/metabolic processes; however, no systematic functional analysis of P450s has been attempted in filamentous fungi. In this study, we constructed a genome‐wide deletion mutant set covering 102 P450s and analyzed these mutants for changes in 38 phenotypic categories, including fungal development, stress responses and responses to several xenobiotics, to build a comprehensive phenotypic dataset. Most P450 mutants showing defective phenotypes were impaired in a single phenotypic trait, demonstrating that our mutant library is a good genetic resource for further fungal genetic studies. In particular, we identified novel P450s specifically involved in virulence (5) and both asexual (1) and sexual development (2). Most P450s seem to play redundant roles in the degradation of xenobiotics in F. graminearum. This study is the first phenome‐based functional analysis of P450s, and it provides a valuable genetic resource for further basic and applied biological research in filamentous fungi and other plant pathogens.

Fusarium graminearum is a prominent plant pathogenic fungus causing Fusarium head blight in major cereal crops worldwide. To understand the molecular mechanisms underlying fungal development and virulence, large collections of F. graminearum mutants have been constructed. Cytochrome P450 monooxygenases (P450s) are widely distributed in organisms and are involved in a diverse array of molecular/metabolic processes; however, no systematic functional analysis of P450s has been attempted in filamentous fungi. In this study, we constructed a genome‐wide deletion mutant set covering 102 P450s and analyzed these mutants for changes in 38 phenotypic categories, including fungal development, stress responses and responses to several xenobiotics, to build a comprehensive phenotypic dataset. Most P450 mutants showing defective phenotypes were impaired in a single phenotypic trait, demonstrating that our mutant library is a good genetic resource for further fungal genetic studies. In particular, we identified novel P450s specifically involved in virulence (5) and both asexual (1) and sexual development (2). Most P450s seem to play redundant roles in the degradation of xenobiotics in F. graminearum. This study is the first phenome‐based functional analysis of P450s, and it provides a valuable genetic resource for further basic and applied biological research in filamentous fungi and other plant pathogens.

Fungal sexual reproduction requires complex cellular differentiation processes of hyphal cells. The plant pathogenic fungus Fusarium graminearum produces fruiting bodies called perithecia via sexual reproduction, and perithecia forcibly discharge ascospores into the air for disease initiation and propagation. Lipid metabolism and accumulation are closely related to perithecium formation, yet the molecular mechanisms that regulate these processes are largely unknown. Here, we report that a novel fungal specific bZIP transcription factor, F. graminearum perithecium overproducing 1 (Fpo1), plays a role as a global transcriptional repressor during perithecium production and maturation in F. graminearum. Deletion of FPO1 resulted in reduced vegetative growth, asexual sporulation and virulence and overproduced perithecium, which reached maturity earlier, compared with the wild type. Intriguingly, the hyphae of the fpo1 mutant accumulated excess lipids during perithecium production. Using a combination of molecular biological, transcriptomic and biochemical approaches, we demonstrate that repression of FPO1 after sexual induction leads to reprogramming of carbon metabolism, particularly fatty acid production, which affects sexual reproduction of this fungus. This is the first report of a perithecium‐overproducing F. graminearum mutant, and the findings provide comprehensive insight into the role of modulation of carbon metabolism in the sexual reproduction of fungi.

The distribution of nitrifying bacteria of the genera Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrobacter and Nitrospira was investigated in a membrane‐bound biofilm system with opposed supply of oxygen and ammonium. Gradients of oxygen, pH, nitrite and nitrate were determined by means of microsensors while the nitrifying populations along these gradients were identified and quantified using fluorescence in situ hybridization (FISH) in combination with confocal laser scanning microscopy. The oxic part of the biofilm which was subjected to high ammonium and nitrite concentrations was dominated by Nitrosomonas europaea‐like ammonia oxidizers and by members of the genus Nitrobacter. Cell numbers of Nitrosospira sp. were 1–2 orders of magnitude lower than those of N. europaea. Nitrospira sp. were virtually absent in this part of the biofilm, whereas they were most abundant at the oxic–anoxic interface. In the totally anoxic part of the biofilm, cell numbers of all nitrifiers were relatively low. These observations support the hypothesis that N. europaea and Nitrobacter sp. can out‐compete Nitrosospira and Nitrospira spp. at high substrate and oxygen concentrations. Additionally, they suggest microaerophilic behaviour of yet uncultured Nitrospira sp. as a factor of its environmental competitiveness.

The importance of the cyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus in marine ecosystems in terms of abundance and primary production can be partially explained by ecotypic differentiation. Despite the dominance of eukaryotes within photosynthetic picoplankton in many areas a similar differentiation has never been evidenced for these organisms. Here we report distinct genetic [rDNA 18S and internal transcribed spacer (ITS) sequencing], karyotypic (pulsed‐field gel electrophoresis), phenotypic (pigment composition) and physiological (light‐limited growth rates) traits in 12 Ostreococcus strains (Prasinophyceae) isolated from various marine environments and depths, which suggest that the concept of ecotype could also be valid for eukaryotes. Internal transcribed spacer phylogeny grouped together four deep strains isolated between 90 m and 120 m depth from different geographical origins. Three deep strains displayed larger chromosomal bands, different chromosome hybridization patterns, and an additional chlorophyll (chl) c‐like pigment. Furthermore, growth rates of deep strains show severe photo‐inhibition at high light intensities, while surface strains do not grow at the lowest light intensities. These features strongly suggest distinct adaptation to environmental conditions encountered at surface and the bottom of the oceanic euphotic zone, reminiscent of that described in prokaryotes.

Geochemistry often reveals unexpected (anti)correlations. Arsenic (As) and selenium (Se) are cases in point. We explore the hypothesis that bacteria living in an As‐replete environment recruited a biological process involving Se and sulfur to fulfil their need for As detoxification. In analogy with the formation of arsenolipids and arsenosugars, which are common non‐toxic As metabolites derived from microbial and plant metabolism, we attempt to explain the prevalence of novel sulfur‐containing As derivatives, in particular monothioarsenate, in the aqueous environment. Thiolated‐As species have been overlooked so far mainly because of the difficulty of their identification. Based on comparative genomics, we propose a scenario where SelD and SelU proteins, commonly used to make selenophosphate and modify transfer RNA, have been recruited to make monothioarsenate, a relatively innocuous arsenical. This hypothesis is discussed in terms of the relative geochemical distribution of Se and As.