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Characterization of arsenic-resistant bacteria from the rhizosphere of arsenic hyperaccumulator Pteris vittata

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Arsenic hyperaccumulator fern Pteris vittata L. produces large amounts of root exudates that are hypothesized to solubilize arsenic and maintain a unique rhizosphere microbial community. Total heterotrophic counts on rich or defined media supplemented with up to 400 mmol/L of arsenate showed a diverse arsenate-resistant microbial community from the rhizosphere of P. vittata growing in arsenic-contaminated sites. Twelve bacterial isolates tolerating 400 mmol/L of arsenate in liquid culture were identified. Selected bacterial isolates belonging to different genera were tested for their resistance to osmotic and oxidative stresses. Results showed that growth was generally better under osmotic stress generated by arsenic than under that generated by NaCl or PEG 6000, demonstrating that arsenic detoxification metabolism also cross-protected bacterial isolates from arsenic-induced osmotic stress. After 32 h of growth, all arsenate at 1 mmol/L was reduced to arsenite by strains Naxibacter sp. AH4, Mesorhizobium sp. AH5, and Pseudomonas sp. AH21, but arsenite at 1 mmol/L remained unchanged. Sensitivity to hydrogen peroxide was similar to that in broad-host pathogen Salmonella enterica sv. Typhimurium wild type, except strain AH4. The results suggested that these arsenic-resistant bacteria are metabolically adapted to arsenic-induced osmotic or oxidative stresses in addition to the specific bacterial system to exclude cellular arsenic. Both these adaptations contribute to the high arsenic resistance in the bacterial isolates.

La fougère Pteris vittata L. qui accumule de hauts niveaux d’arsenic, produit une grande quantité d’exsudat racinaire que l’on croit capable de solubilizer l’arsenic et de maintenir une communauté microbienne unique dans la rhizosphère. Les comptes totaux d’hétérotrophes sur du milieu riche ou défini supplémenté à l’arsenate à des concentrations allant jusqu’à 400 mmol/L ont montré la présence d’une communauté microbienne résistante à l’arsenate dans la rhizosphère de P. vittata cultivée sur des sites contaminés à l’arsenic. Douze isolats bactériens tolérant 400 mmol/L d’arsenate en culture liquide ont été identifiés. Des isolats bactériens sélectionnés appartenant à différents genres ont été testés quant à leur résistance à des stress osmotiques et oxydatifs. Les résultats ont montré l’existence d’une meilleure croissance en général sous un stress osmotique généré par l’arsenic comparativement au chlorure de sodium ou au PEG 6000, démontrant que le métabolisme de détoxication de l’arsenic protège les isolats bactériens du stress osmotique causé par l’arsenic de façon croisée. Après 32 h de croissance, tout l’arsenate à 1 mmol/L était réduit en arsénite par les souches Naxibacter sp. AH4, Mesorhizobium sp. AH5 et Pseudomonas sp. AH21, mais l’arsenite à 1 mmol/L demeurait inchangé. Leur sensibilité au peroxyde d’hydrogène était similaire à celle du pathogène à large spectre Salmonella enterica sv. Thypimurium sauvage, à l’exception de la souche AH4. Les résultats ont suggéré que ces bactéries résistantes à l’arsenic sont métaboliquement adaptées au stress osmotique induit par l’arsenic ou au stress oxydatif, en plus de posséder un système bactérien d’exclusion d’arsenic cellulaire spécifique. Ces deux adaptations contribuent à la haute résistance à l’arsenic des isolats bactériens.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2010

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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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