Značilnosti Rhizobiuma, taksonomija, morfologija, habitat in koristi



Rhizobium je rod bakterij, ki imajo sposobnost, da fiksirajo dušik iz atmosfere. Na splošno so bakterije s sposobnostjo fiksiranja dušika znane kot rizobija. Ta razmerja med rastlinami in mikroorganizmi so temeljito preučevali.

Ti prokarionti živijo v simbiotičnih odnosih z različnimi rastlinami: stročnice, kot so fižol, lucerna, leča, soja, med drugim.

So posebej povezane z njihovimi koreninami in zagotavljajo rastlini dušik, ki ga potrebujejo. Rastlina pa bakteriji ponuja pribežališče. Ta tesen simbiotski odnos povzroči izločanje molekule, imenovane leghemoglobin. Ta simbioza ustvarja pomemben delež N2 v biosferi.

V tem razmerju bakterije povzročajo nastanek vozličev v koreninah, ki razlikujejo tako imenovane "bacteroide"..

Večina študij, ki so bile opravljene v tem bakterijskem rodu, so upoštevale le njihovo simbiotično stanje in njegov odnos do rastline. Zaradi tega je zelo malo podatkov o življenjskem slogu bakterij in o njegovi funkciji kot sestavini mikrobioma v tleh..

Indeks

  • 1 Značilnosti
  • 2 Proces okužbe
    • 2.1 Razvoj in vrsta vozlov
    • 2.2 Nastanek Bacteroida
    • 2.3 Privlačnost med rizobijo in koreninami
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taksonomija
  • 4 Morfologija
  • 5 Habitat
  • 6 Koristi in aplikacije
  • 7 Reference

Funkcije

Bakterije iz rodu Rhizobium Znani so predvsem zaradi njihove sposobnosti, da fiksirajo dušik in vzpostavijo simbiotične odnose z rastlinami. Pravzaprav velja za enega najbolj dramatičnih razmerij v naravi.

So heterotrofni, kar pomeni, da morajo pridobiti svoj vir energije organske snovi. Rhizobium normalno raste v aerobnih pogojih in gomolji nastanejo pri temperaturi 25 do 30 ° C in optimalnem pH 6 ali 7.

Proces fiksacije dušika pa zahteva nizke koncentracije kisika za zaščito dušikove kisline (encim, ki katalizira postopek)..

Za ravnanje z visokimi količinami kisika je beljakovina podobna hemoglobinu, ki je odgovorna za sekvestriranje kisika, ki lahko poseže v proces.

Simbiotski odnosi, ki jih ti prokarionti vzpostavijo s stročnicami, imajo velik ekološki in gospodarski vpliv, zato obstaja obsežna literatura o tem zelo specifičnem razmerju..

Proces okužbe ni preprost, vključuje vrsto korakov, pri katerih bakterija in rastlina vplivata drug na drugega v aktivnostih celične delitve, ekspresije genov, metaboličnih funkcij in morfogeneze..

Proces okužbe

Te bakterije so odlični biološki modeli za razumevanje interakcij, ki se pojavljajo med mikroorganizmi in rastlinami.

Rizobije najdemo v tleh, kjer naselijo korenine in uspejo vstopiti v rastlino. Na splošno se kolonizacija začne v koreninskih dlakah, čeprav je okužba možna tudi z majhnimi lezijami v povrhnjici.

Ko bakterija lahko prodre v notranjost rastline, se običajno nekaj časa ohrani v znotrajceličnih prostorih rastline. Ko poteka razvoj vozličev, pride rizobija v citoplazmo teh struktur.

Razvoj in tip vozlov

Razvoj vozlov vključuje vrsto sinhronskih dogodkov v obeh organizmih. Vozlički so razvrščeni v določene in nedoločene.

Prvi izvirajo iz celičnih delitev v notranji skorji in imajo vztrajno apikalno meristem. Za njih je značilna valjasta oblika in dve različni coni.

Po drugi strani pa določeni vozlišča nastanejo zaradi delitve celic v srednjem ali zunanjem delu koreninskega skorje. V teh primerih nimate trajnega meristema in njegova oblika je bolj okrogla. Zreli vozlič se lahko razvije s celično rastjo.

Nastanek bacteroida

Diferenciacija v bacteroids se pojavi v vozlišču: N-fiksiranje obliki2. Bakterioidi skupaj z membranami rastlin tvorijo simbiozo.

V teh kompleksnih rastlinskih mikroorganizmih je rastlina odgovorna za zagotavljanje ogljika in energije, medtem ko bakterije proizvajajo amoniak.

V primerjavi s prostoživečimi bakterijami bakteriode doživijo vrsto sprememb v svojem transkriptomu, v svoji celični strukturi in v presnovnih aktivnostih. Vse te spremembe se prilagodijo znotrajceličnemu okolju, kjer je njegov edini cilj fiksacija dušika.

Rastlina lahko vzame to dušikovo spojino, ki jo izločajo bakterije, in jo uporabi za sintezo bistvenih molekul, kot so aminokisline.

Večina vrst Rhizobium So precej selektivni glede števila gostov, ki jih lahko okužijo. Nekatere vrste imajo samo enega gostitelja. Nasprotno pa je za majhno število bakterij značilno, da so promiskuitetne in imajo širok spekter potencialnih gostiteljev.

Privlačnost med rizobijo in koreninami

Privlačnost med bakterijami in koreninami stročnic je posredovana s kemičnimi snovmi, ki jih izločajo korenine. Ko so bakterije in korenina blizu, se na molekularni ravni pojavijo številni dogodki.

Korenine flavonoidi inducirajo gene v bakterijah pokim. To vodi do proizvodnje oligosaharidov, ki so znani kot LCO ali faktorji vozlišč. LCO se vežejo na receptorje, ki jih tvorijo lizinski motivi, v koreninskih dlakah in tako sprožijo signalne dogodke..

Obstajajo tudi drugi geni pokim - v procesu sožitja, kot exo, nif in popraviti.

Leghemoglobin

Leghemoglobin je molekula beljakovinske narave, značilna za simbiotično razmerje med rizobijo in stročnicami. Kot že ime pove, je precej podobno bolj znani beljakovini: hemoglobinu.

Legestomoglobin ima tako kot njegov krvni analog razliko, da ima visoko afiniteto za kisik. Ker proces fiksacije, ki se pojavi v vozliščih, negativno vpliva na visoke koncentracije kisika, je beljakovina odgovorna za to, da jo ohrani, da bo sistem pravilno deloval..

Taksonomija

Približno 30 vrst Rhizobium, najbolj znana Rhizobium cellulosilyticum in Rhizobium leguminosarum. Pripadajo družini Rhizobiaceae, v kateri so tudi drugi rodovi: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, in Sinorhizobium.

Vrstni red je Rhizobiales, razred Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria in kraljestvo bakterij.

Morfologija

Rizobije so bakterije, ki selektivno okužijo korenine stročnic. Za njih je značilno, da so gram negativni, imajo premično zmogljivost in njihova oblika spominja na trs. Njegove dimenzije so široke od 0,5 do 0,9 mikrometra in 1,2 in 3,0 mikrometra.

Razlikujejo se od ostalih bakterij, ki živijo v tleh, z dvema oblikama: prosto morfologijo, ki jo najdemo v tleh, in simbiotično obliko v njihovih rastlinskih gostiteljih..

Poleg morfologije kolonije in obarvanja z gramom obstajajo še druge metode za identifikacijo bakterij iz rodu. Rhizobium, Ti vključujejo preskuse izkoriščanja hranil, kot so test katalaze, oksidaze in uporabe ogljika in dušika.

Podobno so bili za identifikacijo uporabljeni molekularni testi, kot je uporaba molekularnih markerjev.

Habitat

Na splošno rizobija, ki pripada družini Rhizobiaceae, kaže posebnost, da je povezana predvsem z rastlinami družine Fabaceae..

Družina Fabaceae vključuje stročnice - zrnje, lečo, lucerko, da bi poimenovala le nekaj vrst, ki so znane po svoji gastronomski vrednosti. Družina pripada kritosemencem, saj je tretja največja družina. Po svetu so široko razširjeni, od tropskih do arktičnih območij.

Znana je le ena rastlinska vrsta, ki ni leguminoza, s katero se vzpostavljajo simbiotični odnosi Rhizobium: Parasponea, rastlin iz družine Cannabáceas.

Poleg tega je število združb, ki jih je mogoče ugotoviti med mikroorganizmom in rastlino, odvisno od številnih dejavnikov. Včasih je povezava omejena z naravo in vrsto bakterij, v drugih primerih pa je odvisna od rastline.

Po drugi strani pa so bakterije v svoji prosti obliki del naravne flore zemlje - dokler se ne pojavi proces nodulacije. Upoštevajte, da čeprav obstajajo stročnice in rizobije v tleh, tvorba vozličev ni zagotovljena, saj so sevi in ​​vrste članov simbioze združljivi..

Koristi in aplikacije

Fiksiranje dušika je ključni biološki proces. Vključuje vnos dušika v ozračje v obliki N2 in se zmanjša na NH4+. Tako lahko dušik vstopa in se uporablja v ekosistemu. Proces je zelo pomemben v različnih tipih okolij, pa naj bo to kopenska, sladkovodna, morska ali arktična.

Zdi se, da je dušik element, ki v večini primerov omejuje rast pridelkov in deluje kot omejevalna komponenta.

S komercialnega vidika se lahko rizobija uporablja kot ojačevalce v kmetijstvu zaradi svoje sposobnosti, da fiksira dušik. Zato obstaja trgovina, povezana s postopkom inokulacije omenjenih bakterij.

Inokulacija rhizobiuma ima zelo pozitivne učinke v zvezi z rastjo rastline, maso in številom semen, ki jih proizvaja. Te koristi so eksperimentalno dokazale številne študije o stročnicah.

Reference

  1. Allen, E.K., & Allen, O.N. (1950). Biokemijske in simbiotične lastnosti rizobije. Bakteriološki pregledi, 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). Rizobialna raznolikost in karakteristike nodulacije izjemno promiskuitetnega stročnice Sophora flavescens. Molekularne interakcije med rastlinami in mikrobi, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D.C. (1962). Bacteroids iz rodu Rhizobium. Bakteriološki pregledi, 26(2. točka 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F.N., & Bottomley, P.J. (1994). Simbiotične značilnosti Rhizobium leguminosarum bv. trifolii izolati, ki predstavljajo večje in manjše kromosomske vrste subkloverja, ki zasedajo poljaTrifolium subterraneum L.). Uporabna in okoljska mikrobiologija, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: od saprofitov do endosimbiontov. Nature Reviews Mikrobiologija, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Priročnik za rizobijo: metode v leguminozni tehnologiji. Springer znanost in poslovni mediji.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Genetski in molekularni mehanizmi, na katerih temelji simbiotična specifičnost v interakcijah med stročnicami in rizobiji. Meje v rastlinski znanosti, 9, 313.