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Visualizing Bacteria in Nematodes using Fluorescent Microscopy

 
Symbioses, the living together of two or more organisms, are widespread throughout all kingdoms of life. As two of the most ubiquitous organisms on ...

The success of a biological control agent depends on key traits, particularly reproductive potential, environmental tolerance, and ability to be cultured. These traits can deteriorate rapidly when the biological control agent is reared in culture. Trait deterioration under laboratory conditions has been widely documented in the entomopathogenic nematode (EPN) Heterorhabditis bacteriophora (Hb) but the specific mechanisms behind these genetic processes remain unclear. This research investigates the molecular mechanisms of trait deterioration of two experimental lines of Hb, an inbred line (L5M) and its original parental line (OHB). We generated transcriptional profiles of two experimental lines of Hb, identified the differentially expressed genes (DEGs) and validated their differential expression in the deteriorated line.

Transcriptional profiling of trait deterioration in the insect pathogenic nematode Heterorhabditis bacteriophora.

Der Erfolg eines biologischen Kontrolle-Agenten h&auml;ngt wichtige Merkmale, insbesondere reproduktive Potential, &ouml;kologische Toleranz und F&auml;higkeit, kultiviert werden. Diese Z&uuml;ge k&ouml;nnen schnell verschlechtern, wenn der biologische Kontrolle-Agent in Kultur aufgezogen ist. Merkmal Verschlechterung unter Laborbedingungen wurde weit in der Entomopathogenic Fadenw&uuml;rmer (EPN) Heterorhabditis Bacteriophora (Hb) dokumentiert, aber die spezifischen Mechanismen hinter diese genetische Prozesse blieben unklar. Diese Forschung untersucht die molekularen Mechanismen der Merkmal Verschlechterung zwei experimentelle Linien des Hb, eine Inzuchtlinie (L5M) und seiner urspr&uuml;nglichen Elternlinie (OHB). Wir transkriptionelle profile zwei experimentelle Linien des Hb-Generierung, identifiziert die differentiell exprimierten Genen (Nachttemperaturen) und &uuml;berpr&uuml;ft ihre differentielle Ausdruck in verschlechtertem Linie.

Transkriptionelle Profilerstellung Merkmal Verschlechterung der Insekt pathogenen Fadenwurm Heterorhabditis Bacteriophora.

Mutually beneficial interactions between microorganisms and animals are a conserved and ubiquitous feature of biotic systems. In many instances animals, including humans, are dependent on their microbial associates for nutrition, defense, or development. To maintain these vital relationships, animals have evolved processes that ensure faithful transmission of specific microbial symbionts between generations. Elucidating mechanisms of transmission and symbiont specificity has been aided by the study of experimentally tractable invertebrate animals with diverse and highly evolved associations with microorganisms. Here, we review several invertebrate model systems that contribute to our current understanding of symbiont transmission, recognition, and specificity. Although the details of transmission and symbiont selection vary among associations, comparisons of diverse mutualistic associations are revealing a number of common themes, including restriction of symbiont diversity during transmission and glycan-lectin interactions during partner selection and recruitment.

Common trends in mutualism revealed by model associations between invertebrates and bacteria.

Gegenseitig vorteilhafte Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Tiere sind konservierte und allgegenw&auml;rtige biotische Systeme. In vielen F&auml;llen sind die Tiere, einschlie&szlig;lich des Menschen, ihre mikrobiellen Gef&auml;hrten f&uuml;r die Ern&auml;hrung, Verteidigung oder Entwicklung abh&auml;ngig. Um diese wichtigen Beziehungen zu pflegen, haben Tiere Prozesse entwickelt, die spezifische mikrobielle Symbionten zwischen den Generationen treu &Uuml;bertragung zu gew&auml;hrleisten. Elucidating Mechanismen der &Uuml;bertragung und Symbionten Spezifit&auml;t hat durch das Studium der experimentell steuerbar wirbelloser Tiere mit vielf&auml;ltigen und hoch entwickelter Assoziationen mit Mikroorganismen unterst&uuml;tzt wurde. Hier &uuml;berpr&uuml;fen wir mehrere Wirbellosen Modellsysteme, die dazu beitragen, unser gegenw&auml;rtiges Verst&auml;ndnis der Symbiont Getriebe, Anerkennung und Spezifit&auml;t. Obwohl die Einzelheiten der &Uuml;bertragung und der Symbiont Auswahl unter Verb&auml;nden variieren, sind Vergleiche der unterschiedlichen mutualistischen Verb&auml;nde eine Reihe von Themen, einschlie&szlig;lich der Beschr&auml;nkung der Symbiont Vielfalt w&auml;hrend der &Uuml;bertragung und Glykan-Lektin-Interaktionen w&auml;hrend Partner Auswahl- und Einstellungsverfahren aufschlu&szlig;reich.

Gemeinsame Trends in Mutualismus enth&uuml;llt durch Modellzuordnungen zwischen wirbellosen Tieren und Bakterien.

The nematode Steinernema carpocapsae infects and kills many pest insects in agro-ecosystems and is commonly used in biocontrol of these pests. Growth of the nematodes prior to distribution for biocontrol commonly results in deterioration of traits that are essential for nematode persistence in field applications. To better understand the mechanisms underlying trait deterioration of the efficacy of natural parasitism in entomopathogenic nematodes, we explored the maintenance of fitness related traits including reproductive capacity, heat tolerance, virulence to insects and 'tail standing' (formerly called nictation) among laboratory-cultured lines derived from natural, randomly mating populations of S. carpocapsae. Laboratory cultured nematode lines with fitness-related trait values below wild-type levels regained wild-type levels of reproductive and heat tolerance traits when outcrossed with a non-deteriorated line, while virulence and 'tail standing' did not deteriorate in our experiments. Crossbreeding two trait-deteriorated lines with each other also resulted in restoration of trait means to wild-type levels in most crossbred lines. Our results implicate inbreeding depression as the primary cause of trait deterioration in the laboratory cultured S. carpocapsae. We further suggest the possibility of creating inbred lines purged of deleterious alleles as founders in commercial nematode growth.

Outcrossing and crossbreeding recovers deteriorated traits in laboratory cultured Steinernema carpocapsae nematodes.

Die Fadenw&uuml;rmer Steinernema Carpocapsae infiziert und t&ouml;tet viele Sch&auml;dling Insekten in Agrar-&Ouml;kosystemen und findet h&auml;ufig Einsatz bei Biocontrol dieser Sch&auml;dlinge. Wachstum von den Nematoden vor Verteilung f&uuml;r Biocontrol f&uuml;hrt h&auml;ufig Verschlechterung der Eigenschaften, die f&uuml;r Fadenw&uuml;rmer Persistenz in Feld-Anwendungen notwendig sind. Zum besseren Verst&auml;ndnis die Mechanismen Merkmal Verschlechterung der Wirksamkeit von nat&uuml;rlichen Parasitismus in Entomopathogenic Fadenw&uuml;rmer erforschten wir die Erhaltung der Fitness mit Bezug Merkmale einschlie&szlig;lich der Fortpflanzungsf&auml;higkeit, Hitzetoleranz, Virulenz, Insekten und &#39;Schwanz stehend&#39; (fr&uuml;her Nictation) Labor-kultivierte Linien von nat&uuml;rlichen, zuf&auml;llig Paarung Populationen von S. Carpocapsae abgeleitet. Labor kultiviert Fadenwurm Linien mit Fitness-&auml;hnliche Merkmal-Werte unter Wildtyp Ebenen wiedererlangt Wildtyp Ebenen der Fortpflanzungsmedizin und Hitze Toleranz-Merkmale bei outcrossed mit einer Linie nicht verschlechtert, w&auml;hrend Virulenz und &#39;Schwanz stehend&#39; in unseren Experimenten nicht verschlechtert. Kreuzung von zwei Merkmal verschlechterte sich Linien miteinander f&uuml;hrte auch Restaurierung Merkmal bedeutet Wildtyp Ebenen der meisten gekreuzte Linien. Unsere Ergebnisse implizieren Inzuchtdepression, wie die prim&auml;re Ursache des Merkmals Verschlechterung im Labor, S. Carpocapsae kultiviert. Die M&ouml;glichkeit der Einrichtung von Inzuchtlinien entfernt sch&auml;dliche Allele als Gr&uuml;nder in kommerziellen Fadenwurm Wachstum wird weiter empfohlen.

Auskreuzung und Kreuzung gewinnt verschlechterte sich Z&uuml;ge im Labor kultivierte Steinernema-Carpocapsae-Nematoden.

Members of the genus Xenorhabdus are entomopathogenic bacteria that associate with nematodes. The nematode-bacteria pair infects and kills insects, with both partners contributing to insect pathogenesis and the bacteria providing nutrition to the nematode from available insect-derived nutrients. The nematode provides the bacteria with protection from predators, access to nutrients, and a mechanism of dispersal. Members of the bacterial genus Photorhabdus also associate with nematodes to kill insects, and both genera of bacteria provide similar services to their different nematode hosts through unique physiological and metabolic mechanisms. We posited that these differences would be reflected in their respective genomes. To test this, we sequenced to completion the genomes of Xenorhabdus nematophila ATCC 19061 and Xenorhabdus bovienii SS-2004. As expected, both Xenorhabdus genomes encode many anti-insecticidal compounds, commensurate with their entomopathogenic lifestyle. Despite the similarities in lifestyle between Xenorhabdus and Photorhabdus bacteria, a comparative analysis of the Xenorhabdus, Photorhabdus luminescens, and P. asymbiotica genomes suggests genomic divergence. These findings indicate that evolutionary changes shaped by symbiotic interactions can follow different routes to achieve similar end points.

The entomopathogenic bacterial endosymbionts Xenorhabdus and Photorhabdus: convergent lifestyles from divergent genomes.

Arten der Gattung sind Xenorhabdus Entomopathogenic Bakterien, die Nematoden zuordnen. Das Paar Fadenw&uuml;rmer-Bakterien infiziert und t&ouml;tet Insekten, mit beiden Partnern zu Insekt Pathogenese und die Bakterien, die die Ern&auml;hrung f&uuml;r die Fadenw&uuml;rmer aus verf&uuml;gbaren Insekt abgeleitete N&auml;hrstoffen beitragen. Die Fadenw&uuml;rmer bietet die Bakterien mit Schutz vor Raubtieren, Zugriff auf N&auml;hrstoffe und einen Mechanismus der Zerstreuung. Mitglieder der Gattung bakterielle Photorhabdus ordnen auch Nematoden, Insekten zu t&ouml;ten, und beide Gattungen von Bakterien bieten &auml;hnliche Dienste an ihre verschiedene Fadenw&uuml;rmer Hosts durch eindeutige physiologische und metabolische Mechanismen. Wir postuliert, dass diese Unterschiede in ihren jeweiligen Genome niederschlagen w&uuml;rde. Um dies zu testen, sequenziert wir bis zur Fertigstellung der Genome Xenorhabdus Nematophila ATCC 19061 und Xenorhabdus Bovienii SS-2004. Wie erwartet, codieren beide Genome Xenorhabdus viele anti-insecticidal Verbindungen, angemessen mit ihren Entomopathogenic Lebensstil. Trotz der &Auml;hnlichkeiten im Lebensstil zwischen Xenorhabdus und Photorhabdus Bakterien, eine vergleichende Analyse der Xenorhabdus, Photorhabdus und, und p. Asymbiotica Genome schl&auml;gt genomische Divergenz. Diese Befunde zeigen, dass evolution&auml;re Ver&auml;nderungen gepr&auml;gt durch Symbiotische Interaktionen verschiedene Routen um &auml;hnliche Endpunkte zu erreichen folgen k&ouml;nnen.

Die Entomopathogenic bakterielle Endosymbionts Xenorhabdus und Photorhabdus: konvergente Lebensstile aus unterschiedlichen Genomen.

Xenorhabdus bovienii (SS-2004) bacteria reside in the intestine of the infective-juvenile (IJ) stage of the entomopathogenic nematode, Steinernema jollieti. The recent sequencing of the X.â€ƒbovienii genome facilitates its use as a model to understand host - symbiont interactions. To provide a biological foundation for such studies, we characterized X.â€ƒbovienii in vitro and host interaction phenotypes. Within the nematode host X.â€ƒbovienii was contained within a membrane bound envelope that also enclosed the nematode-derived intravesicular structure. Steinernema jollieti nematodes cultivated on mixed lawns of X.â€ƒbovienii expressing green or DsRed fluorescent proteins were predominantly colonized by one or the other strain, suggesting the colonizing population is founded by a few cells. Xenorhabdus bovienii exhibits phenotypic variation between orange-pigmented primary form and cream-pigmented secondary form. Each form can colonize IJ nematodes when cultured in vitro on agar. However, IJs did not develop or emerge from Galleria mellonella insects infected with secondary form. Unlike primary-form infected insects that were soft and flexible, secondary-form infected insects retained a rigid exoskeleton structure. Xenorhabdus bovienii primary and secondary form isolates are virulent towards Manduca sexta and several other insects. However, primary form stocks present attenuated virulence, suggesting that X.â€ƒbovienii, like Xenorhabdus nematophila may undergo virulence modulation.

Phenotypic variation and host interactions of Xenorhabdus bovienii SS-2004, the entomopathogenic symbiont of Steinernema jollieti nematodes.

Xenorhabdus Bovienii (SS-2004) Bakterien befinden sich im Darm der infekti&ouml;sen Jugendkriminalit&auml;t (IJ) Phase der Entomopathogenic Fadenw&uuml;rmer, Steinernema Jollieti. Die j&uuml;ngste Sequenzierung des Genoms X. Bovienii erleichtert ihre Verwendung als Model, Host - Symbiont Interaktionen zu verstehen. Um eine biologische Grundlage f&uuml;r derartige Studien gekennzeichnet wir X. Bovienii in-vitro- und Host-Interaktion-Ph&auml;notypen. Innerhalb der Fadenwurm Host wurde X. Bovienii innerhalb einer Membran gebundenen Umschlag enthalten, die ebenfalls die Fadenw&uuml;rmer abgeleitete Intravesikul&auml;res Struktur eingeschlossen. Steinernema Jollieti Nematoden auf gemischte Rasenfl&auml;chen des X. Bovienii, gr&uuml;ne ausdr&uuml;ckt oder DsRed, die fluoreszierende Proteine vorwiegend durch eine oder die andere Belastung, schl&auml;gt der Unterjochung Bev&ouml;lkerung kolonisiert wurden kultiviert wird von ein paar Zellen gegr&uuml;ndet. Xenorhabdus Bovienii Exponate ph&auml;notypische Variation zwischen Orange pigmentiert Prim&auml;rform und Creme-pigmentierten sekund&auml;re Form. Jedes Formular kann IJ Nematoden beim in-vitro auf Agar kultiviert kolonisieren. Jedoch IJs nicht entwickeln oder aus Galleria Mellonella Insekten infiziert mit sekund&auml;ren Form hervorgehen. Im Gegensatz zur prim&auml;ren Form infizierte Insekten, die weich und flexibel waren, behielt Sekund&auml;r-Form infizierte Insekten eine starres Exoskelett-Struktur. Xenorhabdus Bovienii prim&auml;re und sekund&auml;re Form Isolate sind virulenten Richtung Manduca Sexta und mehrere andere Insekten. Allerdings pr&auml;sentieren Prim&auml;rform Best&auml;nde abgeschw&auml;chter Virulenz, was darauf hindeutet, dass X. Bovienii, wie Xenorhabdus Nematophila Virulenz Modulation unterziehen kann.

Ph&auml;notypische Variation und Host Wechselwirkungen zwischen Xenorhabdus Bovienii SS-2004, der Entomopathogenic-Symbionten von Steinernema Jollieti Nematoden.

The gammaproteobacterium Xenorhabdus nematophila is a mutualistic symbiont that colonizes the intestine of the nematode Steinernema carpocapsae. nilB (nematode intestine localization) is essential for X. nematophila colonization of nematodes and is predicted to encode an integral outer membrane beta-barrel protein, but evidence supporting this prediction has not been reported. The function of NilB is not known, but when expressed with two other factors encoded by nilA and nilC, it confers upon noncognate Xenorhabdus spp. the ability to colonize S. carpocapsae nematodes. We present evidence that NilB is a surface-exposed outer membrane protein whose expression is repressed by NilR and growth in nutrient-rich medium. Bioinformatic analyses reveal that NilB is the only characterized member of a family of proteins distinguished by N-terminal region tetratricopeptide repeats (TPR) and a conserved C-terminal domain of unknown function (DUF560). Members of this family occur in diverse bacteria and are prevalent in the genomes of mucosal pathogens. Insertion and deletion mutational analyses support a beta-barrel structure model with an N-terminal globular domain, 14 transmembrane strands, and seven extracellular surface loops and reveal critical roles for the globular domain and surface loop 6 in nematode colonization. Epifluorescence microscopy of these mutants demonstrates that NilB is necessary at early stages of colonization. These findings are an important step in understanding the function of NilB and, by extension, its homologs in mucosal pathogens.

Mutational analyses reveal overall topology and functional regions of NilB, a bacterial outer membrane protein required for host association in a model of animal-microbe mutualism.

Die Gammaproteobacterium Xenorhabdus Nematophila ist ein mutualistischen Symbiont, der Darm von der Fadenw&uuml;rmer Steinernema Carpocapsae kolonisiert. NilB (Fadenwurm Darm Lokalisierung) ist essentiell f&uuml;r X. Nematophila Kolonisation von Nematoden und wird voraussichtlich ein integraler Au&szlig;enmembran Beta-Fass-Protein kodieren, aber Nachweise f&uuml;r diese Prognose wurde nicht berichtet. Die Funktion des NilB ist nicht bekannt, aber wenn mit zwei weitere Faktoren, die von NilA und NilC codierte ausgedr&uuml;ckt, er verleiht auf Noncognate Xenorhabdus spp. die M&ouml;glichkeit, S. Carpocapsae Nematoden zu kolonisieren. Wir pr&auml;sentieren Ihnen Hinweise darauf, dass NilB eine Oberfl&auml;che exponierten &auml;u&szlig;ere Membran-Protein ist deren Expression durch NilR und Wachstums in n&auml;hrstoffreiche Medium unterdr&uuml;ckt wird. Bioinformatische Analysen zeigen, dass NilB das einzige gekennzeichnete Mitglied einer Familie von Proteinen, die durch N-terminalen Region Tetratricopeptide Wiederholungen (TPR) und einer konservierten C-terminalen Dom&auml;ne unbekannter Funktion (DUF560) unterschieden wird. Mitglieder dieser Familie in diversen Bakterien auftreten und sind weit verbreitet in den Genomen von Schleimhaut pathogene. Einf&uuml;gung und L&ouml;schung teilhabende Analysen-Unterst&uuml;tzung ein Beta-Fass Strukturmodell mit einer N-terminalen kugelige Dom&auml;ne, 14 Transmembran-Str&auml;nge und sieben extrazellularen Oberfl&auml;che Schleifen und kritische Rollen f&uuml;r die kugelige Dom&auml;ne und der Oberfl&auml;che offenbaren Schleife 6 im Fadenwurm Kolonisation. Epifluoreszenz-Mikroskopie der diese Mutanten zeigt, dass NilB zur fr&uuml;hen Stadien der Besiedlung erforderlich ist. Diese Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt zum Verst&auml;ndnis der Funktion des NilB und durch die Erweiterung seiner UCP1 in Schleimhaut pathogene.

Teilhabende Analysen zeigen allgemeine Topologie und funktionale Regionen der NilB, eine bakterielle Au&szlig;enmembran Protein f&uuml;r Gastgeber Verband in einem Modell der Tier-Mikrobe Mutualismus erforderlich.

Article	Year
Transcriptional profiling of trait deterioration in the insect pathogenic nematode Heterorhabditis bacteriophora. BMC genomics\| PubMed ID: 20003534	2009
Common trends in mutualism revealed by model associations between invertebrates and bacteria. FEMS microbiology reviews\| PubMed ID: 19909347	2010
Outcrossing and crossbreeding recovers deteriorated traits in laboratory cultured Steinernema carpocapsae nematodes. International journal for parasitology\| PubMed ID: 21447341	2011
The entomopathogenic bacterial endosymbionts Xenorhabdus and Photorhabdus: convergent lifestyles from divergent genomes. PloS one\| PubMed ID: 22125637	2011
Phenotypic variation and host interactions of Xenorhabdus bovienii SS-2004, the entomopathogenic symbiont of Steinernema jollieti nematodes. Environmental microbiology\| PubMed ID: 22151385	2011
Mutational analyses reveal overall topology and functional regions of NilB, a bacterial outer membrane protein required for host association in a model of animal-microbe mutualism. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 22287518	2012
An entomopathogenic nematode by any other name. PLoS pathogens\| PubMed ID: 22396642	2012

John Chaston

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