Calcium transcriptionally regulates the biofilm machinery of Xylella fastidiosa to promote continued biofilm development in batch cultures
Resumo
As funções do cálcio (Ca) nas bactérias são menos caracterizadas do que nos eucariotos, onde seu papel tem sido amplamente estudado. A bactéria fitopatógena Xylella fastidiosa possui várias características de virulência que são potencializadas pelo aumento das concentrações de Ca, incluindo a formação de biofilme. No entanto, os mecanismos específicos que impulsionam a modulação dessa característica não são claros. A caracterização da formação de biofilme ao longo do tempo mostrou que a suplementação com 4 mM de Ca produziu biofilmes mais densos que ainda estavam em desenvolvimento às 96 horas, enquanto o biofilme em meios não suplementados havia atingido o estágio de dispersão às 72 horas. Para identificar mudanças na expressão gênica global em X. fastidiosa cultivada em Ca suplementar, foi realizada a sequenciação de RNA de células de biofilme de cultura em lote em três intervalos de tempo de 24 horas. Os resultados indicam que uma variedade de genes é expressa de forma diferenciada em resposta ao Ca, incluindo genes relacionados à adesão, motilidade, síntese de exopolissacarídeos, formação de biofilme, síntese de peptidoglicano, funções regulatórias, homeostase do ferro e fagos. Coletivamente, os resultados demonstram que a suplementação de Ca induz uma resposta transcricional que promove o desenvolvimento contínuo do biofilme, enquanto as células do biofilme em meios não suplementados são levadas à dispersão das células da estrutura do biofilme. Esses resultados têm implicações importantes para a progressão da doença nas plantas, onde a seiva do xilema é a fonte de Ca e outros nutrientes para a X. fastidiosa.
Abstract
The functions of calcium (Ca) in bacteria are less characterized than in eukaryotes, where its role has been studied extensively. The plant-pathogenic bacterium Xylella fastidiosa has several virulence features that are enhanced by increased Ca concentrations, including biofilm formation. However, the specific mechanisms driving modulation of this feature are unclear. Characterization of biofilm formation over time showed that 4 mM Ca supplementation produced denser biofilms that were still developing at 96 h, while biofilm in non-supplemented media had reached the dispersal stage by 72 h. To identify changes in global gene expression in X. fastidiosa grown in supplemental Ca, RNA-Seq of batch culture biofilm cells was conducted at three 24-h time intervals. Results indicate that a variety of genes are differentially expressed in response to Ca, including genes related to attachment, motility, exopolysaccharide synthesis, biofilm formation, peptidoglycan synthesis, regulatory functions, iron homeostasis, and phages. Collectively, results demonstrate that Ca supplementation induces a transcriptional response that promotes continued biofilm development, while biofilm cells in nonsupplemented media are driven towards dispersion of cells from the biofilm structure. These results have important implications for disease progression in planta, where xylem sap is the source of Ca and other nutrients for X. fastidiosa.
J. K. Parker
H. Chen
S. E. McCarty
L. Y. Liu
L. de la Fuente
2016 - Environmental Microbiology
