Plant colonization by GFP-labeled Bacillus amyloliquefaciens FZB42 and transcriptomic profiling of its response to plant root exudates

In dieser Arbeit wurden zunächst die Kolonisationen von drei verschiedenen Pflanzengattungen durch den GFP-markierten Bacillus amyloliquefaciens FZB42 mittels confocaler Lasermikroskopie und Elektronmikroskopie verfolgt. Hier konnte gezeigt werden, dass FZB42 alle ausgewählten Pflanzen besiedeln konnte. Bei Arabidopsis- und Maiskeimlingen wurden die Wurzelhaare und Verbindungen, an denen laterale Wurzeln entstehen, durch FZB42 bevorzugt besiedelt. Weiterhin wurden bei Arabidopsis die Spitzen der Primärwurzeln, und bei Mais die Wurzelkerben bevorzugt besiedelt. Bei Lemna wurden FZB42 Zellansammlungen entlang der Furchen, die zwischen den Epidermiszellen der Wurzel liegen, sowie den intrazellulären Hohlräumen an der Blattunterfläche gefunden. Anschließend wurden die Transkriptome von FZB42, der mit Maiswurzelexudat angezogen wurde, mittels Microarray analysiert. Insgesamt wurden 302 Gene, die 8,2 % des Transkriptoms ausmachen, signifikant durch das Wurzelexudat beeinflusst, wobei die Mehrzahl (260 Gene) hochreguliert wurde. Die induzierten Gene, dessen Funktion bereits bekannt ist, sind hauptsächlich an dem Nährstoffwechsel, Chemotaxis und Beweglichkeit, sowie an der Produktion von Antibiotika beteiligt. Auch wurden die Trankriptome von sieben FZB42-Muatnten durch Microarray analysiert. Diese hatten jeweils eine Deletionen in fünf Sigmafaktor-Genen (sigB, sigD, sigM, sigV,and sigX) und zwei globalen Transkriptionsregulator-Genen (degU und abrB). Die Expression vieler Genen wird durch diese Genprodukte beeinflusst. Mögliche Mechanismen, wie diese Faktoren die bakterielle Reaktion auf Wurzelexsudaten beeinflüssen, wurden vorgeschlagen. Schließlich wurden Northernblott-Untersuchungen an möglichen sRNA-Kandidaten durchgeführt, dessen Expression signifikant durch Wurzelexudate beeinflusst wurde. Dabei konnten 6 von 20 vermeintlichen sRNA-Kandidaten betätigt werden. Dies weist auf eine noch unbekannte Rolle der sRNAs bei der Pflanzen-Mikroben-Wechselwirkung.In this work colonization of three different plants genera, maize, Arabidopsis, and Lemna, by GFP-labeled Bacillus amyloliquefaciens FZB42 in a gnotobiotic system was firtly studied using confocal laser scanning microscopy and electron microscopy. It was shown that FZB42 is able to colonize all these three plants with a specific pattern. Root hairs and the junctions where lateral roots occurred were a preferred area of FZB42 on both maize and Arabidopsis seedlings. On Arabidopsis, tips of primary roots were another favored site of FZB42; while, on maize, the concavities in root surfaces were preferred. FZB42 cells were also able to colonize Lemna, preferably accumulating along the grooves between epidermis cells on roots and the concaved intercellular space on fronds. Secondly, microarray experiments were performed concerning the transcriptomic response of FZB42 to maize root exudates. A total of 302 genes representing 8.2% of FZB42 transcriptome were significantly altered in transcription by the presence of root exudates, the majority of them (260) were up-regulated in expression. The induced genes with known function were mainly involved in nutrition utilization, chemotaxis and motility, and antibiotic production. The transcriptome of seven FZB42 mutants, defective in five sigma factor genes (sigB, sigD, sigM, sigV, and sigX) and two global transcriptional regulator genes (degU and abrB), were also investigated through microarray experiments. A vast number of genes were indentified to be controlled by the protein factors respectively. Possible mechanisms were proposed of how these protein factors are involved in the response to root exudates. Finally, by northern blot existence of six out of 20 small RNA (sRNA) candidates was identified, which were significantly altered in expression by root exudates. This suggests that sRNA may play a hitherto unrecognized role in plant-microbe interaction