Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In nature, pyocyanin is produced by Pseudomonas aeruginosa and many biological roles of pyocyanin for P. aeruginosa have been described. These roles arise mainly from the intrinsic feature of pyocyanin, i.e. its reversible redox activity. Due to this activity, pyocyanin can also act as electron shuttle enabling pyocyanin to interchange electrons between different redox active substrates by cycling between its oxidation and reduction state. As a result, pyocyanin is an electro-active compound and, consequently, a possible candidate as electrical reporter molecule in a bacterial biosensor. The main scope of this thesis was therefore to develop a bacterial biosensor that produces pyocyanin upon detection of a specific input signal after which the electrical output signal of the biosensor, i.e. pyocyanin, is detected by a microchip.The bacterial biosensor is an Escherichia coli strain that is engineered in this study to produce pyocyanin in a dose-responsive manner. To this end, the pyocyanin biosynthesis genes (phz) were introduced in E. coli by a genetic construct containing the phz genes, modulated by an arabinose-inducible promoter. This construct allows controlling pyocyanin production in a dose-responsive manner, such that the concentration of produced pyocyanin by E. coli is strictly dependent on the concentration of arabinose added to the bacterial culture. This study therefore provides a first proof-of-principle that pyocyanin is an appropriate output molecule for a bacterial biosensor as its production is tightly dependent on the input signal, i.e. arabinose. Pyocyanin has also an antibiotic activity which affects cell fitness of E. coli when it is triggered to produce pyocyanin. As a consequence, performance of the bacterial biosensor is affected and further optimization of the biosensor is required in order to validate pyocyanin as an efficient and accurate output signal in the bacterial biosensor. Therefore, a directed evolution experiment was performed in this study to develop an E. coli strain with an increased tolerance towards pyocyanin. As a result, an E. coli strain was obtained that, compared to the original E. coli strain, is capable of producing pyocyanin at approximately four times higher levels with an increased growth yield. These results demonstrate that directed evolution is a promising strategy for improving the function of part of a synthetic circuit in a genetic context. Whole genome sequencing analysis of ten individual clones was performed in order to identify the genotype of this evolved E. coli strain. This revealed that at least ten genes (ompR, acrB, recA, spoT, cyaA, fre, adhE, hycC, dipZ, mhpR) are affected by mutations during the evolution experiment. Based on literature data, a hypothesis is made on how these genes and their mutations are influencing the phenotype of the evolved E. coli. First, mutations in the genes ompR and acrB are assumed to reduce the intracellular levels of pyocyanin thereby increasing the resistance of E. coli to pyocyanin. In addition, restoration of the recA1 mutation of E. coli DH10B relieves the inhibition of the SOS response of E. coli which can sustain higher levels of pyocyanin. The precise effect of the mutations in spoT and cyaA is less clear, but they will probably influence transcriptional regulation of a multitude of genes resulting in a pleiotropic effect on cellular function. Mutations in genes, fre and adhE, on the other hand, are believed to indirectly increase pyocyanin production by E. coli. This hypothesis needs, however, further validation in order to clarify which factors are important for pyocyanin production in E. coli. To this end, several follow-up experiments are suggested.Besides optimizing the biological level of the microchip-based biosensor with an evolutionary approach, the electrical component of this system, i.e. detection of pyocyanin with the microchip, was investigated in this study. Therefore, the electrochemical detection of pyocyanin by cyclic voltammetry was studied with a three-electrode system containing a microelectrode array as working electrode. As a result, it was demonstrated that this system is sensitive and specific enough for pyocyanin detection in bacterial cultures, but lacks accuracy as experiments could not be performed in a repeatable and reproducible manner which hinders the further characterization and validation of pyocyanin as electrical reporter molecule in biosensors. Therefore, it is suggested to develop a novel microchip system which is specifically designed for the electrochemical detection of pyocyanin in bacterial cultures. Although a properly working microchip-based biosensor with pyocyanin as key player could not be developed in this study, this doctoral thesis emphasizes the power of combining synthetic biology with microfluidics and microelectronics. As many techniques have been developed in the field of synthetic biology to engineer microorganisms, integrating microbiology with microdevices is a promising approach to develop new miniaturized sensing devices and other technologie

579.841.11 --- Academic collection --- Pseudomonas --- Theses --- 579.841.11 Pseudomonas

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

579.841.32 --- 579.841.31 --- 632.168 --- 631.461.5 --- 581.2 --- #WPLT:dd.prof.J.Vendrig --- Agrobacterium --- Rhizobium --- Teratology. Malformations --- Nitrogen-fixing bacteria. Nitrogen fixation --- Plant diseases. Plant pathology. Phytopathology. Plant malformation --- 581.2 Plant diseases. Plant pathology. Phytopathology. Plant malformation --- 631.461.5 Nitrogen-fixing bacteria. Nitrogen fixation --- 632.168 Teratology. Malformations --- 579.841.31 Rhizobium --- 579.841.32 Agrobacterium

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Rhizobium --- Marqueur génétique --- genetic markers --- Génétique des populations --- population genetics --- Propriété biologique --- biological properties --- Phaseolus vulgaris --- Escherichia coli --- Écologie microbienne --- microbial ecology --- 579.841.31 --- Theses --- 579.841.31 Rhizobium --- Rhizobium pueblae --- Rhizobium tropici --- Pyrococcus furiosus

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Vlinderbloemigen spelen een cruciale rol in duurzame landbouw. Symbiotische stikstoffixatie (SNF) - door interactie tussen vlinderbloemigen en Rhizobium bacteriën - levert een duurzame bron van stikstof (N) voor vlinderbloemigen en hun teeltsysteem. De gewone boon ( Phaseolus vulgaris L.) is de belangrijkste vlinderbloemige voor menselijke voeding wereldwijd en in het bijzonder in grote delen van Latijns-Amerika en Afrika. De hoeveelheid stikstof gefixeerd door bonen in symbiose met rhizobia op het veld is dikwijls laag in vergelijking met de capaciteit voor N2-fixatie van bonen onder optimale omstandigheden en in vergelijking met andere vlinderbloemigen. Het succes van SNF in bonenteelt wordt sterk beïnvloed door omgevingsfactoren. Eén van de belangrijkste factoren die N2-fixatie van bonen in het veld beperkt is lage fosfor (P)- beschikbaarheid in de bodem. P-bemesting betekent echter een te grote investering voor vele boeren en daarom dienen strategieën gezocht te worden om stikstoffixatie te verbeteren onder limiterende P-condities. Dit onderzoek is gericht op het identificeren van combinaties van boongenotype, Rhizobium en plantengroeibevorderende bacteriën (PGPR) die efficiënt zijn voor SNF bij lage P- beschikbaarheid en op het identificeren van de factoren die de P-efficiëntie van deze combinaties ondersteunen. Potentieel om SNF bij P-deficiëntie te verbeteren gebaseerd op natuurlijk genetische variatie van de boon Natuurlijke genetische variatie bij planten is een rijke bron voor het versterken van agronomisch belangrijke eigenschappen. Variabiliteit voor stikstoffixatie en groei onder lage P condities werd eerder vastgesteld tussen boonvariëteiten. Deze verscheidenheid biedt significant potentieel om SNF bij P-deficiëntie te verhogen via het gebruik van efficiënte lijnen en de integratie van SNF in veredelingsprogramma's. Eerdere screenings identificeerden de boonlijnen BAT477 en DOR364 als contrasterend in hun capaciteit voor SNF bij lage P-beschikbaarheid op het veld. In deze studie werden beide boonlijnen geëvalueerd bij lage en hoge P onder gecontroleerde serre condities alsook op het veld. BAT477 presteerde significant beter dan DOR364 voor groei en SNF bij lage P, met 47% meer stikstof geaccumuleerd in de bovengrondse biomassa dan DOR364 na 42 dagen groei in de serre, en 17 - 50 kg ha-1 meer stikstof gefixeerd gedurende een groeiseizoen op verschillende veldlocaties in Cuba. Analyse van fysiologische verschillen tussen BAT477 en DOR364 tijdens groei in de serre, toonde aan dat de betere prestatie van BAT477 gepaard ging met een hogere efficiëntie van P-gebruik voor N- en biomassa-accumulatie, een beperkte neerwaartse regulatie van nodule-initiatie en -ontwikkeling bij lage P stress, een sterkere wortelontwikkeling en hogere efficiëntie om P op te nemen van onoplosbare P-bronnen zoals rotsfosfaat. Veldexperimenten in Cuba onderlijnden verder het verschil in nodulatie en P-opname efficiëntie tussen beide lijnen. Potentieel om SNF bij P deficiëntie te verhogen door co-inoculatie van Rhizobium en PGPR Het effect van vier PGPR op de Rhizobium-boon symbiose werd nagegaan onder lage en hoge P condities in de serre. De resultaten toonden dat co-inoculatie van Rhizobium en PGPR potentieel heeft om nodulatie en groei bij P-deficiëntie te verhogen. Doch, het effect van de geselecteerde PGPR onder lage P blijkt sterk afhankelijk te zijn van het boongenotype dat gebruikt wordt. De PGPR-stam Azospirillum brasilense Sp245 bijvoorbeeld stimuleerde groei en vroege nodulatie bij DOR364 maar remde de groei en nodulatie bij BAT477. Het verschil in respons tussen beide boonlijnen ten opzichte van A. brasilense Sp245 in coinoculatie met Rhizobium werd ook waargenomen in de veldexperimenten in Cuba. In verdere studies in de serre werden via het gebruik van een mutant van Sp245 die sterk gereduceerd is in auxine productie, en via het toevoegen van stijgende concentraties van auxines aan het groeimedium, aanwijzingen gevonden dat de differentiële respons van BAT477 en DOR364 t.o.v. A. brasilense Sp245 gerelateerd is met een differentiële respons t.o.v. het bacterieel geproduceerde auxine, indool-3-azijnzuur (IAA). Om de rol van het boongenotype in de respons t.o.v. IAA verder te analyseren, werd een populatie van Recombinante Inteelt Lijnen (RILs) resulterend uit een kruising tussen BAT477 en DOR364, aangewend. Tussen de RILs werd significante fenotypische variatie gevonden voor het aantal basale wortels bijkomend gevormd na toevoegen van auxine aan het kiemingsmedium. Genetische analyse onthulde twee genetische loci (QTL) geassocieerd met deze basale wortelrespons t.o.v. auxine. Een van deze twee QTL staat in voor 36% van de waargenomen fenotypische variatie. Deze laatste QTL overlapt met een QTL geassocieerd met aantal worteltips gevormd onder lage P. Dit suggereert interacties tussen de wortelrespons t.o.v. auxine en worteltipvorming onder lage P, wat verder ondersteund werd door significante correlaties tussen beide parameters in de populatie van RILs. Potentieel om opbrengst en SNF op het veld te verhogen door selectie van specifieke combinaties van boongenotype, Rhizobium en PGPR Combinaties van boongenotypes en bacteriële inocula werden geëvalueerd op verschillende veldlocaties in Cuba. De resultaten onderstreepten het belang van interacties tussen genotype, bacterieel inoculum en omgeving voor het verbeteren van opbrengst en SNF op het veld. Inoculatie met enkel Rhizobium verhoogde de opbrengst en SNF significant voor sommige van de boonlijnen, terwijl andere lijnen geen voordeel haalden uit Rhizobium -inoculatie of enkel op sommige van de veldlocaties. Ook co-inoculatie met Rhizobium en Azospirillum had een positief effect op de opbrengst en nodulatie van bepaalde boonlijnen, terwijl hetzelfde inoculum de opbrengst en nodulatie van andere lijnen afremde. Een gemodificeerde stabiliteitsanalyse van de veldresultaten leverde vergelijkingen die de opbrengst van een specifieke combinatie van boongenotype en bacterieel inoculum uitzetten als functie van de gemiddelde opbrengst op een bepaalde veldlokatie. Deze vergelijkingen kunnen bijdragen in het voorspellen hoe een bepaalde combinatie zal presteren in vergelijking met andere combinaties in een bepaalde omgeving. Bij het selecteren van een specifieke combinatie van boongenotype en bacterieel inoculum, is het belangrijk om lokale voorkeuren voor boonvariëteiten en percepties over microbiële inocula in rekening te brengen. Een enquête bij 95 Cubaanse boonboeren toonde dat boeren microbiële inocula gebruiken als zij hier gemakkelijk toegang tot hebben. Daarnaast onderstreepten de boeren het belang van goede keukenkwaliteiten (in het bijzonder smaak en korte kooktijd) om nieuwe variëteiten te introduceren. Verder onderzoek gericht op een dieper inzicht in de interacties tussen boongenotype, rhizobacteriën en omgevingsfactoren is cruciaal om te voorspellen welke combinatie van boongenotype of genetische loci en bacterieel inoculum zal leiden tot een verhoogde en duurzame opbrengst op een specifieke veldlocatie. Legumes play a crucial role in sustainable agriculture. Symbiotic nitrogen fixation (SNF) - through interaction between legumes and Rhizobium bacteria - contributes to nitrogen (N) nutrition of most legumes and legume cropping systems. Common bean ( Phaseolus vulgaris L.) is the most important legume for direct human consumption worldwide and particularly in many parts of Latin America and Africa. The amount of nitrogen fixed by common bean in the field is often low compared to the SNF capacity of beans under optimal conditions and compared to the amounts of N2 fixed by other legumes. The success of SNF in bean cultivation is strongly influenced by prevailing environmental conditions. One of the major factors limiting SNF of beans in the field is low phosphorus (P) availability in the soil. P fertilizers are often not within economical reach of smallholder bean farmers. Therefore strategies to improve N2 fixation under P limiting conditions are needed. The research presented in this thesis aims at identifying combinations of bean genotype, Rhizobium and plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR), performing well at low P availability and at identifying the factors underlying the efficacy of these combinations at low P. Potential to improve SNF of common bean under P deficiency based on natural genetic host variation Natural genetic variation in plants offers a large resource to enhance agronomically important traits. Variability for SNF and growth at low P availability among bean cultivars, as reported previously, indicates significant potential to enhance SNF under P deficiency by selecting efficient accessions and integrating SNF in breeding. In previous screenings, the bean genotypes BAT477 and DOR364 were identified with contrasting N2 fixation capacity at low P availability in the field. In this study, both lines were evaluated under low and high P conditions in greenhouse and field trials. BAT477 performed significantly better than DOR364 for growth and SNF at low P, resulting in 47% higher shoot N accumulation than DOR364 when plants were grown 42 days in the greenhouse and in 17-50 kg ha-1 more nitrogen fixed when plants were grown across different environments in Cuba. Analyzing physiological differences between both lines during growth under greenhouse conditions, indicated that the higher SNF capacity at low P of BAT477 compared to DOR364 was associated with an interplay of different factors including higher P-use efficiency for nitrogen and biomass accumulation, limited down-regulation of nodule initiation and development at low P stress, higher absolute root dry weight and higher efficiency to use P from insoluble P sources like rock phosphate for growth. Field trials in Cuba emphasized the difference in nodulation and P uptake efficiency between both lines. Potential to improve SNF of common bean at low P based on coinoculation of Rhizobium and PGPR The effect of four PGPR on the Rhizobium -bean symbiosis was evaluated under low and high P conditions in the greenhouse. It was found that the use of PGPR has potential to stimulate nodulation and growth under P deficiency but the effect of PGPR at low P appeared to be strongly dependent on the host genotype used. The PGPR Azospirillum brasilense Sp245, for example, enhanced growth and early nodulation of DOR364 upon Rhizobium inoculation but negatively affected the interaction between Rhizobium and the bean genotype BAT477 under low P. The differential response between the two lines to Rhizobium - A. brasilense Sp245 coinoculation was also observed in field trials across different environments in Cuba. Further studies in the greenhouse, using an A. brasilense Sp245 mutant strain strongly reduced in auxin biosynthesis or adding increasing concentrations of exogenous auxin to the medium, indicated that the differential response to A. brasilense Sp245 between the two bean lines is related to a differential response to the bacterial produced auxin, indole-3-acetic acid (IAA). To further assess the role of the plant host in root responsiveness to IAA, a population of recombinant inbred lines (RILs) of the BAT477 x DOR364 cross was used. We detected significant phenotypic variation among the RILs for development of basal root number during germination upon addition of auxin to the medium. Genetic analysis revealed two quantitative trait loci (QTLs) associated with basal root responsiveness to auxin of which one could account for 36% of the phenotypic variation among the RILs. This latter QTL mapped to the same location as a QTL for root tip formation at low P, suggesting that the host effect on root responsiveness to IAA interacts with specific root development. This was supported by significant correlations found between basal root responsiveness to auxin and root tips and root dry weight at low P in the population of RILs. Potential to improve yield and SNF in the field by selecting specific combinations of bean genotype, Rhizobium and PGPR Several combinations of bean genotypes and bacterial inocula were evaluated across different field sites in Cuba. The results highlight the interaction between bean genotype, bacterial inocula and environment. Single Rhizobium inoculation led to increased yield and SNF of some but not all genotypes, dependent on the environmental setting. Also coinoculation of Rhizobium and Azospirillum could enhance yield and N2 fixation of some genotypes while it decreased yield and SNF of other genotypes as compared to single Rhizobium inoculation. Modified stability analysis on the field data resulted in equations that plot the yield of a certain genotype-treatment combination as a function of the average yield obtained at a specific environmental setting (i.e. environmental index). These equations offer a start to predict how a specific genotype-inoculum combination will perform at an environmental setting as compared to other combinations. When selecting a site-specific package of bean genotype and bacterial inoculum, it is important to take into account local preferences for bean varieties and perceptions on microbial inocula use. A survey across 95 Cuban bean producers showed that farmers use microbial inocula when they have easy access to them and emphasized the importance of good kitchen characteristics, i.e. good taste and short cooking time, for introducing bean varieties. Further research aiming at understanding the interactions between bean genotypes, rhizobacteria and environmental factors, is crucial to know which combination of bean genotype and bacterial inoculum will enhance productivity and sustainability in a specific environmental setting. Vlinderbloemigen, zoals bonen en erwten, spelen een cruciale rol in (sub)tropische landbouw. Symbiotische stikstoffixatie (SNF) - door interactie tussen vlinderbloemigen en Rhizobium bacteriën - levert een duurzame bron van stikstof (N) voor vlinderbloemigen en hun teeltsysteem. De gewone boon ( Phaseolus vulgaris L.) is de belangrijkste vlinderbloemige voor menselijke voeding wereldwijd en in het bijzonder in grote delen van Latijns-Amerika en Afrika. De hoeveelheid stikstof gefixeerd door bonen in symbiose met rhizobia op het veld is dikwijls laag in vergelijking met de capaciteit voor stikstoffixatie van bonen onder optimale omstandigheden en in vergelijking met andere vlinderbloemigen. Eén van de belangrijkste factoren die stikstoffixatie van bonen in het veld beperkt is lage fosfor (P)- beschikbaarheid in de bodem. P-bemesting is echter een te grote investering voor vele boeren en daarom dienen strategieën gezocht om stikstoffixatie te verbeteren onder limiterende P-condities. Dit onderzoek richtte zich op het identificeren van combinaties van boongenotype, Rhizobium en plantengroeibevorderende bacteriën (PGPR) die efficiënt zijn voor SNF bij lage P-beschikbaarheid en op het identificeren van de factoren die de P efficiëntie van deze combinaties ondersteunen. Eerdere screenings identificeerden de boonlijnen BAT477 en DOR364 als contrasterend in hun capaciteit voor SNF bij lage P-beschikbaarheid op het veld. In deze studie werden deze boonlijnen verder geëvalueerd onder verschillende serre- en veldcondities. De lijn BAT477 leverde 17 - 50 kg per hektaar meer stikstof door fixatie op dan DOR364 op uiteenlopende veldlocaties in Cuba. Analyse van fysiologische verschillen tussen BAT477 en DOR364 tijdens groei in de serre, toonde dat de betere prestatie van BAT477 bij lage P concentraties gepaard ging met een hogere efficiëntie in P-gebruik voor N- en biomassa-accumulatie, een minder P-gevoelige nodule-initiatie en -ontwikkeling, een sterkere wortelontwikkeling en een hogere efficiëntie om P van onoplosbare P bronnen zoals rotsfosfaat te benutten voor groei. Verder potentieel om symbiose en groei bij P deficiëntie te verhogen werd gevonden in co-inoculatie met Rhizobium en PGPR. Doch, het effect van de geselecteerde PGPR onder lage P was sterk afhankelijk van het boongenotype dat gebruikt werd. Aanwijzingen werden gevonden dat het verschil in respons tussen boonlijnen t.o.v. de PGPR-stam Azospirillum brasilense Sp245 gerelateerd is met een differentiële respons t.o.v. het bacterieel geproduceerde auxine, indool-3-azijnzuur (IAA). Fenotypische en genetische analyse van een populatie van Recombinante Inteelt Lijnen onthulde twee genetische loci (QTL) geassocieerd met deze differentiële wortelrespons t.o.v. exogeen auxine. Evaluatie van boongenotype-bacterie combinaties op verschillende lokaties in Cuba onderstreepten verder het belang van interacties tussen boongenotype, bacterieel inoculum en omgeving. Een gemodificeerde stabiliteitsanalyse van de veldresultaten leverde vergelijkingen op die kunnen bijdragen in het voorspellen hoe een bepaalde combinatie zal presteren in vergelijking met andere combinaties in een bepaalde omgeving. Een enquête bij Cubaanse bonentelers toonde potentieel om het gebruik van microbiële inocula uit te breiden en onderstreepte het belang van goede keukenkwaliteiten, in het bijzonder smaak en korte kooktijd, om nieuwe boonvariëteiten te introduceren. De smaak van vele tropische gewone bonen is uniek, ik nodig u uit er ook mee te experimenteren.

Academic collection --- 631.811.1 --- 579.841.3 --- 635.652 --- 66.098 --- 66.098 Biological processes. Biotechnology --- Biological processes. Biotechnology --- 635.652 French bean. Green beans. Haricot beans. Phaseolus vulgaris --- French bean. Green beans. Haricot beans. Phaseolus vulgaris --- 579.841.3 Rhizobiaceae --- Rhizobiaceae --- 631.811.1 Nitrogen. N --- Nitrogen. N --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Phytopathology. Phytoparasitology --- Plant genetics. Plant evolution --- Crown-gall disease --- Congresses. --- Agrobacterium --- Expression des gènes --- gene expression --- Transfert de gène --- Gene transfer --- ADN recombiné --- Recombinant DNA --- Protéine de liaison --- Binding proteins --- Agrobacterium tumefaciens --- 577.216 --- 579.841.32 --- -#KVIV:BB --- Crowngall disease --- Bacterial diseases of plants --- Transfer of inheritance information. Transport of messenger RNA in the cell --- Congresses --- 579.841.32 Agrobacterium --- 577.216 Transfer of inheritance information. Transport of messenger RNA in the cell --- #KVIV:BB --- Crown-gall disease - Congresses.