The effect of phosphate deficiency on quorum sensing signaling pathway of Sinorhizobium meliloti

تاثير كمبود فسفر روي مسير سگينالينگ quorum sensing در Sinorhizobium meliloti

مقدمه: فسفر يك از مهم‏ترين عناصر ضروری پرمصرف برای رشد باكتری‌هاست. به طور معمول باكتری‌ها در محيط با كمبود فسفر مواجه هستند و مكانيسم‌هايی در آن‌ها برای رويارويی با چنين شرايطی تكامل يافته ‌است. ژن‌های ناقل فسفات (pstS) و مسير انتقال سيگنال حس‌گر حد نصاب (Quorum sensing) ، به واسطه تنطيم‌كننده PhoB ، در پاسخ باكتری به اين شرايط استرسی دخالت دارند. مسير حس‌گر حد نصاب در باكتری Sinorhizobium meliloti حداقل از سه ژن sinI ، sinR و expR تشكيل يافته است و در كنترل فعاليت‌های باكتری در شرايط آزاد-زی و همزيستی دخالت دارد . مواد و روش ‏‏ ها: تراكم جمعيت در گونه‌های تراريخت باكتری S. meliloti حامل پلاسميدهای pLK004 (تركيب راه‌انداز pstS و ژن egfp )، pLK64 (تركيب راه‌انداز sinI و ژن egfp )، pLK65 (تركيب راه‌انداز sinR و ژن egfp )، pLK66 (تركيب راه‌انداز expR و ژن egfp ) و كنترل (ژن egfp بدون راه‌انداز) در غلظت‌های مختلف 1/0 (كمبود فسفات)، 5/0 و 2 (غلظت كافی فسفات) ميلی‌مولار فسفات در زمان‌های مختلف 16، 24 و 40 ساعت اندازه‌گيری شد. همچنين، فعاليت پروموتر ژن‌های مختلف pstS ، sinI ، sinR و expR با تقسيم واحد فلورسنس ساطع شده بر تراكم جمعيت باكتری در غلظت‌ها مختلف فسفات محاسبه شد . نتايج: سرعت رشد باكتری‌های تراريخت با كاهش غلظت فسفات در محيط كشت، به‌ويژه 40 ساعت پس از كشت آن‌ها، كاهش يافت. فعاليت پروموتر ژن‌ ناقل فسفات (pstS) و همچنين، برخی ژن‌های مسير كروم‌سنسينگ ( sinI و sinR و نه expR ) به‌دنبال كاهش غلظت فسفات در محيط كشت، افزايش يافت . بحث و نتيجه ‏ گيری: از جمله پاسخ‌های باكتری S. meliloti به كمبود فسفات می‌توان به افزايش بيان ژن ناقل فسفات (pstS) اشاره كرد كه تاحدودی می‌تواند اين كمبود در محيط را جبران نمايد. بيان ژن‏ sinR نيز در شرايط كمبود فسفات به كمك تنظيم كننده PhoB القا می‌شود. پروتئين SinR به‌عنوان فعال كننده ژن sinI عمل می‌كند و بنابراين، مسير حس‌گر حد نصاب در شرايط كمبود فسفات فعال می‌شود كه احتمالاً موجب تسهيل فعاليت‌های باكتری در شرايط آزاد- زی و همزيستی می‌شود .

Introduction : Phosphorus is one of the most essential macroelements for bacterial cells. Since phosphate (PO4-3) limitation is frequently encountered in soils, bacteria developed some mechanisms in response to this sever condition. Phosphate transporter (PstS) and proteins involved in quorum sensing (QS) signaling pathway are affected by mediating PhoB, response regulator, following phosphate starvation. QS system of Sinorhizobium meliloti composed of at least three genes of sinI (autoinducer synthase), sinR and expR (autoinducer activated receptor) which involved in its free living and symbiotic functions . Materials and method s: The optical density (OD600) of different S. meliloti transformed strains carrying pLK004 (a pstS promoter-egfp fusion), pLK64 (a sinI promoter-egfp fusion), pLK65 (a sinR promoter-egfp fusion), pLK66 (an expR promoter-egfp fusion) and control (promoterless-egfp fusion) plasmids were read under different phosphate concentrations of 0.1 (phosphate deficiency), 0.5 and 2 mM (sufficient phosphate) at several time points of 16, 24 and 40h. The promoter activity of different genes of pstS, sinI, sinR and expR were measured as emitted fluorescence per bacterial cell density (OD600) under different phosphate concentrations . Results : By reducing phosphate concentration in the medium, the growth rate of transformed bacteria decreased, especially at 40h. The promoter activity of pstS, sinI and sinR, but not expR, genes was activated following phosphate starvation . Discussion and conclusion : S. meliloti can upregulate PstS to partly compensate phosphate deficiency in the environment. The gene of sinR is also activated in a PhoB dependent manner as phosphate starvation is encountered. SinR is the activator of sinI, so the upregulation of QS pathway under phosphate deficiency may be facilitate free living and symbiotic bacterial functions .