The microsymbiont of alfalfa, Sinorhizobium meliloti, possesses phosphatidylglycerol, cardiolipin, phosphatidylethanolamine, and phosphatidylcholine as major membrane phospholipids, when grown in the presence of sufficient accessible phosphorus sources. Under phosphate-limiting conditions of growth, S. meliloti replaces its phospholipids by membrane lipids that do not contain any phosphorus in their molecular structure and, in S. meliloti, these phosphorus-free membrane lipids are sulphoquinovosyl diacylglycerols (SL), ornithine-containing lipids (OL), and diacylglyceryl-N,N,N-trimethylhomoserines (DGTS). In earlier work, we demonstrated that neither SL nor OL are required for establishing a nitrogen-fixing root nodule symbiosis with alfalfa. We now report the identification of the two structural genes btaAand btaB from S. meliloti required for DGTS biosynthesis. When the sinorhizobial btaA and btaB genes are expressed in Escherichia coli, they cause the formation of DGTS in this latter organism. A btaA-deficient mutant of S. meliloti is unable to form DGTS but can form nitrogen-fixing root nodules on alfalfa, demonstrating that sinorhizobial DGTS is not required for establishing a successful symbiosis with the host plant. Even a triple mutant of S. meliloti, unable to form any of the phosphorus-free membrane lipids SL, OL, or DGTS is equally competitive for nodule occupancy as the wild type. Only under growth-limiting concentrations of phosphate in culture media did mutants that could form neither OL nor DGTS grow to lesser cell densities.
Phosphorus-Free Membrane Lipids of Sinorhizobium meliloti Are Not Required for the Symbiosis with Alfalfa but Contribute to Increased Cell Yields Under Phosphorus-Limiting Conditions of Growth
- I. M. López-Lara
- J. L. Gao
- M. J. Soto
- A. Solares-Pérez
- B. Weissenmayer
- C. Sohlenkamp
- G. P. Verroios
- J. Thomas-Oates
- O. Geiger
Resumo
O microssimbionte da alfafa, Sinorhizobium meliloti, possui fosfatidilglicerol, cardiolipina, fosfatidiletanolamina e fosfatidilcolina como principais fosfolípidos de membrana, quando cultivado na presença de fontes de fósforo acessíveis suficientes. Em condições de crescimento limitadas por fosfato, S. meliloti substitui os seus fosfolípidos por lípidos de membrana que não contêm qualquer fósforo na sua estrutura molecular e, em S. meliloti, estes lípidos de membrana sem fósforo são diacilgliceróis sulfoquinovosil (SQDG), lípidos contendo ornitina (LO) e diacilgliceril-N,N,N-trimetilhomoserinas (DGTS). Em trabalhos anteriores, demonstrámos que nem o SQDG nem o LO são necessários para estabelecer uma simbiose de nódulos radiculares fixadores de nitrogênio na alfafa. Agora relatamos a identificação dos dois genes estruturais btaAe btaB de S. meliloti necessários para a biossíntese de DGTS. Quando os genes sinorizobiais btaA e btaB são expressos em Escherichia coli, eles causam a formação de DGTS neste último organismo. Um mutante de S. meliloti deficiente em btaA é incapaz de formar DGTS mas pode formar nódulos radiculares fixadores de nitrogênio na alfafa, demonstrando que o DGTS sinorizobial não é necessário para estabelecer uma simbiose bem sucedida com a planta hospedeira. Mesmo um mutante triplo de S. meliloti, incapaz de formar qualquer um dos lípidos de membrana sem fósforo SQDG, OL ou DGTS, é igualmente competitivo para a ocupação de nódulos como o tipo selvagem. Somente sob concentrações limitantes de crescimento de fosfato em meios de cultura é que os mutantes que não conseguiam formar nem LO nem DGTS cresceram para densidades celulares menores.
