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Rhizobitoxine production and symbiotic compatibility of Bradyrhizobium from Asian and North American lineages of Amphicarpaea

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Reciprocal inoculations with Bradyrhizobium sp. isolates from the North American legume Amphicarpaea bracteata (L.) Fern. (Phaseoleae-Glycininae) and from a Japanese population of its close relative Amphicarpaea edgeworthii (Benth.) var. japonica were performed to analyze relative symbiotic compatibility. Amphicarpaea edgeworthii plants formed few or no nodules with any North American bradyrhizobial strains isolated from A. bracteata, but all A. bracteata lineages formed effective nitrogen-fixing nodules with Japanese Bradyrhizobium isolates from A. edgeworthii. However, one group of A. bracteata plants (lineage Ia) when inoculated with Japanese bradyrhizobia developed a striking leaf chlorosis similar to that known to be caused by rhizobitoxine. The -cystathionase inhibition assay demonstrated that significant amounts of rhizobitoxine were present in nodules formed by these Japanese bradyrhizobia. No North American bradyrhizobial isolate from A. bracteata induced chlorosis on any plants, and the -cystathionase assay failed to detect rhizobitoxine in nodules formed by these isolates. The role of rhizobitoxine in A. edgeworthii nodulation development was tested by inoculating plants with a Bradyrhizobium elkanii rhizobitoxine-producing strain, USDA 61, and two mutant derivatives, RX17E and RX18E, which are unable to synthesize rhizobitoxine. Amphicarpaea edgeworthii inoculated with wild-type USDA 61 developed >150 nodules per plant, while plants inoculated with RX17E and RX18E developed fewer than 10 nodules per plant. Thus, efficient nodule development in A. edgeworthii appears to be highly dependent on rhizobitoxine production by Bradyrhizobium strains.Key words: Bradyrhizobium elkanii, geographic variation, Leguminosae, mutualism.

Nous avons effectué des inoculations réciproques avec des isolats de Bradyrhizobium sp. obtenus de la légumineuse nord-américaine Amphicarpaea bracteata (L.) Fern. (Phaseoleae-Glycininae) et d'une espèce japonaise très apparentée l'Amphicarpaea edgeworthii (Benth.) var. japonica dans le but de mesurer la compatibilité symbiotique relative. Les plants d'A. edgeworthii ne produisaient pas ou peu de nodosités avec l'une ou l'autre des souches nord-américaines de Bradyrhizobium isolées d'A. bracteata mais, par contre, toutes les lignées d'A. bracteata produisaient des nodosités qui fixaient l'azote efficacement après inoculation avec les isolats japonais de bradyrhizobiums provenant d'A. edgworthii. Par contre un groupe de plants d'A. bracteata (lignée Ia) a développé, suite à l'inoculation avec des isolats japonais de Bradyrhizobium, une chlorose aïgue du feuillage semblable à celle causée par la rhizobitoxine. Des essais d'inhibition de la -cystathionase ont confirmé la présence en quantité significative de rhizobitoxine dans les nodosités causées par les bradyrhizobiums japonais. Aucun isolat nord-américain de Bradyrhizobium provenant d'A. bracteata n'a causé une chlorose chez aucun plant et le test de la -cystathionase n'a pas détecté la présence de rhizobitoxine dans les nodosités formées par ces isolats. Pour vérifier le rôle de la rhizobitoxine dans la production de nodosités chez A. edgeworthii, nous avons inoculé des plants avec la souche de B. elkanii USDA 61 productrice de rhizobitoxine et avec deux mutants dérivés, RX17E et RX18E, incapables de synthétiser la rhizobitoxine. Suite à l'inoculation avec la souche sauvage USDA 61, l'A. edgeworthii a produit >150 nodosités par plant, alors que les plants inoculés avec les mutants RX17E et RX18E ont développé moins de 10 nodosités. Il est permis de conclure que le développement de nodosités chez A. edgeworthii semble fortement relié à la production de rhizobitoxine par les souches de Bradyrhizobium.Mots cles : Bradyrhizobium elkanii, variation géographique, Leguminosae, mutualisme.[Traduit par la Rédaction]

Keywords: Bradyrhizobium elkanii; Leguminosae; geographic variation; mutualism

Document Type: Research Article

Publication date: October 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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