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Comparative strain typing of Rhizobium leguminosarum bv. viciae natural populations

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Abstract:

372 natural isolates of Rhizobium leguminosarum bv. viciae, rescued from nodules of pea plants grown in an agricultural field in northern Italy, were analyzed by different methods. Three DNA-based fingerprinting techniques were lined up to compare their relative degree of resolution and possible advantages of each approach. The methods included (i) Eckhardt gel plasmid profiles, (ii) pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) of genomic large fragment digests, and (iii) random amplified polymorphic DNA (RAPD) profiles, generated with arbitrary primers. The scheme also involved the isolation of a number of different isolates per nodule to estimate the level of intra-nodular variability. It was therefore possible to evaluate the frequency of double and multiple occupancies, and the proportion of the alternative profiles sharing the same nodule, generally resulting in a numerically dominant, main representative accompanied by a secondary one with a slightly different fingerprint. This finding revealed that the different profiles within a nodule are normally due to bacteria derived from the same single invader following genetic alterations possibly occurred during infection, e.g., by plasmid loss. The analysis of 31 nodules revealed 16 different patterns, representing the most frequently occurring nodulation-proficient isolates of the natural soil examined, five of which were found with frequencies around 15%. The sensitivity of the methods in differentiating isolates was compared. The relatedness of the different natural rhizobial isolates was investigated by densitometrical gel analysis of the fingerprints, allowing a comparison of the results. One of the most interesting conclusions was that the degree of information yielded by the plasmid gel profiling alone, carried out by simple visual inspection without software-aided analyses, was surprisingly high, as it enabled a placement of the isolates, whose accuracy, in terms of relatedness, was subsequently confirmed by each of the two genomic methods.Key words: Rhizobium, fingerprinting, DAF, PFGE, plasmid, Eckhardt gel.

372 isolats naturels de Rhizobium leguminosarum bv. Viciae, sauvés à partir de nodosités de plants de pois cultivés dans un champ agricole du nord de l'Italie, furent analysés par différentes méthodes. Trois techniques d'empreintes génétiques furent confrontées afin de comparer leur degré relatif de résolution et les avantages possibles respectifs de chaque approche. Les méthodes comprenaient (i) les profils de plasmides sur gel d'Eckhardt, (ii) une analyse d'électrophorèse en champs pulsés (PFGE) de grands fragments génomiques de digestion et (iii) des profils de RAPD (ADN polymorphe amplifié au hasard) générés avec des amorces arbitraires. L'approche comprenait également l'isolation d'un nombre d'isolats différents à partir des nodosités dans le but d'évaluer le niveau de variabilité intra-nodulaire. Il fut ainsi possible d'évaluer la fréquence d'occupations doubles ou multiples, et la proportion des profils alternatifs partageant la même nodosité. Ces occupations se manifestaient généralement par un représentant numériquement dominant accompagné d'un représentant secondaire ayant une empreinte légèrement différente. Cette découverte a révélé que différents profils à l'intérieur d'une nodosité sont habituellement attribuables à des bactéries provenant d'un même envahisseur qui auraient subi des altérations génétiques probablement au cours de l'infection, par exemple par la perte de plasmides. L'analyse de 31 nodules a dévoilé 16 motifs différents, représentant les isolats compétents pour la nodulation les plus fréquemment retrouvés dans le sol naturel analysé. Cinq de ceux-ci sont apparus à des fréquences d'environ 15%. La sensibilité des méthodes pour différentier les isolats fut comparée. La parenté des différents isolats de rhizobia naturels a été analysée par densitométrie sur gel des empreintes, permettant une comparaison des résultats. Une des conclusions les plus intéressantes que nous avons émise était que le degré d'information fourni par le profilage de plasmides sur gel, réalisé par simple inspection visuelle sans analyses assistée par ordinateur, était remarquablement élevé, puisqu'il a permis un positionnement des isolats dont la précision en termes de

Keywords: DAF; Eckhardt gel; PFGE; Rhizobium; empreintes génétiques; fingerprinting; gel d'Eckhardt; plasmid; plasmides

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2001

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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nrc/cjm/2001/00000047/00000006/art00015
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