Effect of Different hup Phenotypes of Rhizobium meliloti on Symbiotic Properties of Alfalfa

Abstract

Hup+ derivatives of a Rhizobium meliloti strain were established by 3 approaches, first selection of Hup+ colonies using a colour test and propagation, second transfer of the Rhizobium leguminosarum Sym plasmid pIJ1008 having hup genes and third transfer of the plasmid followed by additional selection with the colour test, respectively. Hydrogen uptake (Hup) activity under free living conditions was increased significantly to a similar extent in the first 2 approaches. After transfer of pIJ1008 Hup activity was further increased by additional selection with the colour test. The effect of Hup+ and Hup− derivatives on symbiotic properties of alfalfa was compared. The Hup+ strain selected only by the colour test showed its superiority in symbiosis with alfalfa compared with the original strain, e.g. acetylene reduction and plant dry matter were significantly increased. In contrast transfer of pIJ1008 to R. meliloti resulted in a decrease of acetylene reduction and plant dry matter, but the negative effects were eliminated by an additional selection with the colour test. Von einem Rhizobium meliloti-Stamm wurden Derivate mit einer hohen Aktivität der Aufnahme-Hydrogenase (Hup+) auf 3 verschiedenen Wegen hergestellt: erstens durch Selektion von Hup+-Kolonien mit Hilfe eines Farbtestes und Weitervermehrung, zweitens durch Übertragung des Sym-Plasmides pIJ1008 von R. leguminosarum, welches die hup-Gene besitzt, und drittens durch Übertragung dieses Plasmides mit nachfolgender Selektion auf hohe Hydrogenaseaktivität mittels Farbtest. Bei den ersten Varianten wurde die Hydrogenaseaktivität bei freilebenden Bakterien signifikant bis zum gleichen Niveau erhöht. Durch Übertragung des Plasmides pIJ1008 und nachfolgende Selektion auf hohe Hydrogenaseaktivität wurde diese weiter erhöht. Hup+- und Hup−-Derivate wurden bezüglich des Einflusses auf die symbiotische Leistungsfähigkeit bei Luzerne verglichen. Der durch einfache Selektion mit Hilfe des Farbtestes erhaltene Hup+-Stamm wies gegenüber dem Ausgangsstamm eine signifikante Erhöhung der N2-Fixierung und der Pflanzentrockenmasse auf. Dagegen führte die Übertragung des Plasmids pIJ1008 in R. meliloti zu einer Verringerung der Azetylenreduktion und der Pflanzentrockenmasse. Diese negativen Effekte wurden durch eine zusätzliche Selektion mit dem Farbtest aufgehoben.