Bradyrhizobium japonicum ist ein Bodenbakterium, welches in der Lage ist mit der bedeutenden Agrarpflanze Sojabohne zu interagieren und deren Wachstum zu fördern. In der vorliegenden Arbeit wurde das Genistein-Stimulon und verschiedenen Stressantworten von B. japonicum mittels Mikroarrayanalyse bestimmt. 101 Gene werden nach Genisteinzugabe induziert. NodW ist der Hauptaktivator der Genistein-induzierbaren Gene, welche zum Großteil kein nod-Box-Motiv in der Promotorregion aufweisen. Einzig acht Gene, wovon sieben für Transportersysteme kodieren, zeigen in der NodW-Mutante 613 nach Genisteinzugabe weiterhin ein erhöhtes Expressionsniveau. In weiterführenden Arbeiten konnte für zumindest ein Transportersystem (Bll4319/Bll4320/Bll4321) neben der Genistein-Abhängigkeit auch eine Regulation durch den Genistein-abhängigen TetR-Regulator FrrA nachgewiesen werden [Günther 2007; Bhandari 2008]. Dies zeigt, dass NodW in weiterführende Regulationskaskaden eingebunden sein muss, wobei diese in der vorliegenden Arbeit nicht näher charakterisiert wurden. Die Mikroarraydaten geben lediglich Hinweise auf mögliche Regulationskaskaden. Anhand der Mikroarraydaten liegt die Vermutung nahe, dass die Transkriptionsaktivierung des lateralen Flagellenclusters ebenfalls einer indirekten NodW-abhängigen Regulation unterliegt. Durch Pflanzentests war bekannt, dass es B. japonicum 901 möglich ist, den NodW-Defekt bei der Nodulation der Wirtspflanzen zu überwinden [Grob et al. 1993]. Dies beruht auf die Überexpression des 2-Komponentenregulators NwsB. So können Symbiose-relevante Gene wie die nod-Box-assoziierten Gene ähnlich dem Wildtyp nach Genistein-Zugabe induziert werden. NwsB ist aber nicht in der Lage, das Flagellarcluster der lateralen Flagellen (bis auf blr6846) nach Genistein-Zugabe zu induzieren. Dies bedeutet, dass trotz der hohen Ähnlichkeit zwischen den 2-Komponentenregulatoren NodW und NwsB, die Bindestellen in der Promotorregion der Genistein-induzierbaren Genen nicht identisch sind. Die NodD1-Mutante 1267 ist in der Lage, weiterhin Knöllchen mit allen Wirtspflanzen von B. japonicum zu bilden [Göttfert et al. 1992], was wahrscheinlich auf ein funktionelles NodW als Hauptaktivator der nodYABC-Operons zurückzuführen ist. Anhand der Mikroarraydaten ist festzustellen, dass kein weiteres nod-Box-assoziiertes Operon in der NodD1-Mutante 1267 verstärkt exprimiert vorliegt. Dies könnte bedeuten, dass NodW die Transkription von nodD1 und des nodYABC-Operons startet und später durch NodD1 in der Aktivierung der nod-Box-assoziierten Gene unterstützt wird. In der vorliegenden Arbeit wurde die transkriptionelle Stressantwort von B. japonicum hinsichtlich pH 4, pH 8, 80 mM NaCl, Hitzeschock und Temperaturstress analysiert. Dabei konnten sowohl Aussagen über Gene, welche in die allgemeine als auch in die spezifische Stressantwort eingebunden sind, getroffen werden. Die transkriptionelle Antwort auf pH 8 war mit 1636 differenziell exprimierten Genen die umfangreichste Stressantwort der vorliegenden Arbeit. Hierbei konnte gezeigt werden, dass B. japonicum bei pH-Stress besonders Gene der pHi-Homöostase aktiviert. Dies umfasst sowohl Transportergene als auch enzymatische Gene. Interessant waren die differenziell exprimierten Gene, welche bei pH 8 verstärkt und bei pH 4 verringert exprimiert vorlagen. Diese Gene besitzen im Promotorbereich eine RegR-Box und sind in der transkriptionellen Aktivierung von RegR abhängig [Lindemann et al. 2007]. Aufgrund der Homologie des RegSR-Systems von B. japonicum mit dem pH-abhängigen ActSR-System von S. meliloti besteht die Möglichkeit, dass RegSR ebenfalls in die pH-abhängige Regulation dieser Gene eingebunden ist. Neben solch spezifischen Stressantworten konnte auch eine allgemeine Stressantwort ermittelt werden. So weisen fünf Gene ein gleiches Expressionsmuster in den untersuchten Stressanalysen dieser Arbeit auf. blr5264 kodiert hierbei für einen 2-Komponenten-Hybridsensor und -Regulator und könnte als Regulator in die allgemeine Stressantwort von B. japonicum eingebunden sein. Aus diesem Grund wurde Blr5264 in GscR (general stress control regulator) umbenannt. Mittels Mutagenese von gscR wurde B. japonicum D826 erzeugt, dessen Transkriptom bezüglich Salzstress und Hitzeschock verifiziert wurde. Es wurden 87 Gene identifiziert, welche bei Stresseinfluss von GscR abhängig sind. Hierunter sind sieben verringert exprimierte Gene, welche bei Stress im Wildtyp verstärkt exprimiert vorliegen. Diese scheinen demzufolge bei Stress durch GscR transkriptionell aktiviert zu werden. Das interessanteste Gen war hierbei blr7881, welches für einen ArsR-Typ-Regulator kodiert und einen weiteren Schritt in der allgemeinen Stressantwort von B. japonicum sein könnte.

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Esses processos são de enorme importância para a produtividade global na agricultura e fornecem modelos para estudos fundamentais dos sistemas da planta e do microrganismo. O presente trabalho visou avaliar a influência de diferentes palhadas e de inoculações suplementares em cobertura na nodulação por Bradyrhizobium japonicum e Bradyrhizobium elkanii no desenvolvimento e produtividade na cultura da soja. Os experimentos foram conduzidos na FEPE/UNESP, em área irrigada e de sequeiro, em delineamento em blocos casualizados, em um esquema fatorial 3 x 5, com quatro repetições para as avaliações na palhada das culturas antecessoras, ou seja, três culturas (Zea mays, Urochloa ruziziensis e Crotalaria spectabilis) e cinco épocas de coleta da palhada (0; 25; 50; 75 e 100 dias após o manejo). E um esquema fatorial, 3 x 8 x 4, com três repetições, para as avaliações na cultura da soja, ou seja, três culturas antecessoras, e, dois tratamentos controle (testemunha; 200 kg ha-1 N) + seis de inoculação [inoculação via semente (IVS); IVS + V1; IVS + V3; IVS + V6; IVS + R1 e IVS + R3], e avaliação da nodulação em quatro estádios (V4, R2, R4 e R6). Os restos culturais de Z. mays e de U. ruzizensis proporcionam maior cobertura do solo e acúmulo de nitrogênio na palhada em área irrigada, sendo que em área de sequeiro, foi a cultura da C. spectabilis que proporcionou maior matéria seca e acúmulo de nitrogênio na palha. Em ambas as áreas as gramíneas proporcionam maior permanência da palhada em função de suas maiores relações C/N. As inoculações suplementares não interferem no estado nutricional e nos atributos biométricos da soja em nenhuma área experimental de estudo. Os tratamentos em combinação com inoculações suplementares não diferem da inoculação padrão (via semente) para as variáveis analisadas em área de sequeiro, possivelmente pela ausência de lâmina de irrigação ou precipitação, inviabilizando a infecção pela bactéria. A nodulação em área irrigada é beneficiada sob palhada de U. ruziziensis e C. spectabilis, e as inoculações em cobertura nos estádios vegetativos e em reprodutivo (R1), com aplicação de lâmina de 10 mm de irrigação após inoculação em cobertura, proporcionam maior nodulação e produtividade na cultura da soja. Esses resultados indicam que a soja mantém a capacidade de formação de nódulos durante todo o ciclo vegetativo e parte do ciclo reprodutivo, inclusive respondendo à inoculações. / Symbiosis, likewise mostly of the pathogenic interactions, it is characterized by its complexity and specificity. These processes are greatly important to the global productivity in agriculture and provide models for fundamental studies of plant and microorganism systems. This study aimed to evaluate the influence of different crop residues as well as supplementary spray inoculations in coverage on the nodulation of Bradyrhizobium japonicum and Bradyrhizobium elkanii and on the soybean development and yield. The experiment was conducted at FEPE / UNESP, in a randomized block design and factorial 3 x 5, with four repetitions for the evaluation on the previous crop stover, that is, three crops (Zea mays, Urochloa ruziziensis in Crotalaria spectabilis) and five straw sampling dates (0; 25; 50; 75 and 100 days after the treatment). Also, a factorial 3 x 8 x 4, with three repetitions for the evaluations on the soybean crop, being three previous crops and two control treatments (control; 200 kg ha-1 N) + six inoculations treatments [seed inoculation (IVS); IVS + V1 stage; IVS + V3 stage; IVS + V6 stage; IVS + R1 stage; IVS + R3 stage] and the nodulation evaluation in four stages (V4, R2, R4 and R6). The crop residue of Z. mays and U. ruziziensis provided greater soil coverage and N accumulation in the straw in irrigated area. However, in the dryland area the crop residue of C. spectabilis was the one that provided more dry matter and N accumulation in the straw. In both areas the grass crops provide greater permanence of the straw in function of its higher C/N relation. The supplementary inoculations do not interfere in the nutritional state and in the crop biometric parameters in none of the experimental areas of this study. The treatments in combination with the supplementary inoculations do not differ from the standard inoculation (seed inoculation) for the variables analysed in the dryland area, possibly due to the absence of the irrigation or rainfall, preventing infection by the bacterium. The nodulation in the irrigated area is benefited under U. ruziziensis and C. spectabilis straw, and the inoculations in coverage at the vegetative and reproductive stages (R1), under irrigation depth of 10 mm after inoculating in coverage, provide greater soybean nodulation and crop yield. These results indicate that soybean maintain its capacity of nodule formation during all the vegetative cycle and part of the reproductive cycle, responding, as well, to supplementary inoculations. / AGRISUS: 1505-15

Orientador: Edson Lazarini / Resumo: Simbioses, da mesma forma que a maioria das interações patogênicas, são caracterizadas pela sua complexidade e especificidade. Esses processos são de enorme importância para a produtividade global na agricultura e fornecem modelos para estudos fundamentais dos sistemas da planta e do microrganismo. O presente trabalho visou avaliar a influência de diferentes palhadas e de inoculações suplementares em cobertura na nodulação por Bradyrhizobium japonicum e Bradyrhizobium elkanii no desenvolvimento e produtividade na cultura da soja. Os experimentos foram conduzidos na FEPE/UNESP, em área irrigada e de sequeiro, em delineamento em blocos casualizados, em um esquema fatorial 3 x 5, com quatro repetições para as avaliações na palhada das culturas antecessoras, ou seja, três culturas (Zea mays, Urochloa ruziziensis e Crotalaria spectabilis) e cinco épocas de coleta da palhada (0; 25; 50; 75 e 100 dias após o manejo). E um esquema fatorial, 3 x 8 x 4, com três repetições, para as avaliações na cultura da soja, ou seja, três culturas antecessoras, e, dois tratamentos controle (testemunha; 200 kg ha-1 N) + seis de inoculação [inoculação via semente (IVS); IVS + V1; IVS + V3; IVS + V6; IVS + R1 e IVS + R3], e avaliação da nodulação em quatro estádios (V4, R2, R4 e R6). Os restos culturais de Z. mays e de U. ruzizensis proporcionam maior cobertura do solo e acúmulo de nitrogênio na palhada em área irrigada, sendo que em área de sequeiro, foi a cultura da C. spectabilis que proporciono... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Symbiosis, likewise mostly of the pathogenic interactions, it is characterized by its complexity and specificity. These processes are greatly important to the global productivity in agriculture and provide models for fundamental studies of plant and microorganism systems. This study aimed to evaluate the influence of different crop residues as well as supplementary spray inoculations in coverage on the nodulation of Bradyrhizobium japonicum and Bradyrhizobium elkanii and on the soybean development and yield. The experiment was conducted at FEPE / UNESP, in a randomized block design and factorial 3 x 5, with four repetitions for the evaluation on the previous crop stover, that is, three crops (Zea mays, Urochloa ruziziensis in Crotalaria spectabilis) and five straw sampling dates (0; 25; 50; 75 and 100 days after the treatment). Also, a factorial 3 x 8 x 4, with three repetitions for the evaluations on the soybean crop, being three previous crops and two control treatments (control; 200 kg ha-1 N) + six inoculations treatments [seed inoculation (IVS); IVS + V1 stage; IVS + V3 stage; IVS + V6 stage; IVS + R1 stage; IVS + R3 stage] and the nodulation evaluation in four stages (V4, R2, R4 and R6). The crop residue of Z. mays and U. ruziziensis provided greater soil coverage and N accumulation in the straw in irrigated area. However, in the dryland area the crop residue of C. spectabilis was the one that provided more dry matter and N accumulation in the straw. In both areas the g... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Bradyrhizobium japonicum ist ein Bodenbakterium, welches in der Lage ist mit der bedeutenden Agrarpflanze Sojabohne zu interagieren und deren Wachstum zu fördern. In der vorliegenden Arbeit wurde das Genistein-Stimulon und verschiedenen Stressantworten von B. japonicum mittels Mikroarrayanalyse bestimmt. 101 Gene werden nach Genisteinzugabe induziert. NodW ist der Hauptaktivator der Genistein-induzierbaren Gene, welche zum Großteil kein nod-Box-Motiv in der Promotorregion aufweisen. Einzig acht Gene, wovon sieben für Transportersysteme kodieren, zeigen in der NodW-Mutante 613 nach Genisteinzugabe weiterhin ein erhöhtes Expressionsniveau. In weiterführenden Arbeiten konnte für zumindest ein Transportersystem (Bll4319/Bll4320/Bll4321) neben der Genistein-Abhängigkeit auch eine Regulation durch den Genistein-abhängigen TetR-Regulator FrrA nachgewiesen werden [Günther 2007; Bhandari 2008]. Dies zeigt, dass NodW in weiterführende Regulationskaskaden eingebunden sein muss, wobei diese in der vorliegenden Arbeit nicht näher charakterisiert wurden. Die Mikroarraydaten geben lediglich Hinweise auf mögliche Regulationskaskaden. Anhand der Mikroarraydaten liegt die Vermutung nahe, dass die Transkriptionsaktivierung des lateralen Flagellenclusters ebenfalls einer indirekten NodW-abhängigen Regulation unterliegt. Durch Pflanzentests war bekannt, dass es B. japonicum 901 möglich ist, den NodW-Defekt bei der Nodulation der Wirtspflanzen zu überwinden [Grob et al. 1993]. Dies beruht auf die Überexpression des 2-Komponentenregulators NwsB. So können Symbiose-relevante Gene wie die nod-Box-assoziierten Gene ähnlich dem Wildtyp nach Genistein-Zugabe induziert werden. NwsB ist aber nicht in der Lage, das Flagellarcluster der lateralen Flagellen (bis auf blr6846) nach Genistein-Zugabe zu induzieren. Dies bedeutet, dass trotz der hohen Ähnlichkeit zwischen den 2-Komponentenregulatoren NodW und NwsB, die Bindestellen in der Promotorregion der Genistein-induzierbaren Genen nicht identisch sind. Die NodD1-Mutante 1267 ist in der Lage, weiterhin Knöllchen mit allen Wirtspflanzen von B. japonicum zu bilden [Göttfert et al. 1992], was wahrscheinlich auf ein funktionelles NodW als Hauptaktivator der nodYABC-Operons zurückzuführen ist. Anhand der Mikroarraydaten ist festzustellen, dass kein weiteres nod-Box-assoziiertes Operon in der NodD1-Mutante 1267 verstärkt exprimiert vorliegt. Dies könnte bedeuten, dass NodW die Transkription von nodD1 und des nodYABC-Operons startet und später durch NodD1 in der Aktivierung der nod-Box-assoziierten Gene unterstützt wird. In der vorliegenden Arbeit wurde die transkriptionelle Stressantwort von B. japonicum hinsichtlich pH 4, pH 8, 80 mM NaCl, Hitzeschock und Temperaturstress analysiert. Dabei konnten sowohl Aussagen über Gene, welche in die allgemeine als auch in die spezifische Stressantwort eingebunden sind, getroffen werden. Die transkriptionelle Antwort auf pH 8 war mit 1636 differenziell exprimierten Genen die umfangreichste Stressantwort der vorliegenden Arbeit. Hierbei konnte gezeigt werden, dass B. japonicum bei pH-Stress besonders Gene der pHi-Homöostase aktiviert. Dies umfasst sowohl Transportergene als auch enzymatische Gene. Interessant waren die differenziell exprimierten Gene, welche bei pH 8 verstärkt und bei pH 4 verringert exprimiert vorlagen. Diese Gene besitzen im Promotorbereich eine RegR-Box und sind in der transkriptionellen Aktivierung von RegR abhängig [Lindemann et al. 2007]. Aufgrund der Homologie des RegSR-Systems von B. japonicum mit dem pH-abhängigen ActSR-System von S. meliloti besteht die Möglichkeit, dass RegSR ebenfalls in die pH-abhängige Regulation dieser Gene eingebunden ist. Neben solch spezifischen Stressantworten konnte auch eine allgemeine Stressantwort ermittelt werden. So weisen fünf Gene ein gleiches Expressionsmuster in den untersuchten Stressanalysen dieser Arbeit auf. blr5264 kodiert hierbei für einen 2-Komponenten-Hybridsensor und -Regulator und könnte als Regulator in die allgemeine Stressantwort von B. japonicum eingebunden sein. Aus diesem Grund wurde Blr5264 in GscR (general stress control regulator) umbenannt. Mittels Mutagenese von gscR wurde B. japonicum D826 erzeugt, dessen Transkriptom bezüglich Salzstress und Hitzeschock verifiziert wurde. Es wurden 87 Gene identifiziert, welche bei Stresseinfluss von GscR abhängig sind. Hierunter sind sieben verringert exprimierte Gene, welche bei Stress im Wildtyp verstärkt exprimiert vorliegen. Diese scheinen demzufolge bei Stress durch GscR transkriptionell aktiviert zu werden. Das interessanteste Gen war hierbei blr7881, welches für einen ArsR-Typ-Regulator kodiert und einen weiteren Schritt in der allgemeinen Stressantwort von B. japonicum sein könnte.