ABSTRACT Drought and salinity conditions are the major factors affecting nitrogen fixation by legume-rhizobium symbiosis. A global response to these stress conditions is the increase of intracellular ROS leading to activation of antioxidant system to ensure cellular homeostasis. Under the hypothesis that overexpression of sod gene in M. loti improve tolerance to oxidative stress we decide to investigate the response of constitutive overexpression of the Mesorhizobium loti MAFF303099 sod gene on tolerance to oxidative stress under free-living conditions. The gene mlr7636 was overexpressed constitutively under the nptII promoter of pFAJ1708 plasmid. Our study revealed that the sod overexpressing mutant had five-fold increased SOD activity in periplasmic space and a better tolerance to superoxide and hydrogen peroxide in bacterial killing assays. IMPORTANCE In this study, we report that the homologous superoxide dismutase overexpression in Mesorhizobium loti improves its tolerance to oxidative stress under free-living conditions.

ABSTRACT Rhizobia are alpha- and betaproteobacteria that, through the establishment of symbiotic interactions with leguminous plants, are able to fix atmospheric nitrogen as ammonium. The successful establishment of a symbiotic interaction is highly dependent on the availability of nitrogen sources in the soil, and on the specific rhizobia strain. Insertion sequences (ISs) are simple transposable genetic elements that can move to different locations within the host genome and are known to play an important evolutionary role, contributing to genome plasticity by acting as recombination hot-spots, and disrupting coding and regulatory sequences. Disruption of coding sequences may have occurred either in a common ancestor of the species or more recently. By means of ISComapare, we identified Differentially Located ISs (DLIS) in nearly related rhizobial strains of the genera Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium and Sinorhizobium . Our results revealed that recent IS transposition events don’t seem to be playing a major role in adaptation. Nevertheless, DLIS could have a role enabling the activation and inactivation of certain genes that could dynamically affect the competition and survival of rhizobia in the rhizosphere.

Abstract Rhizobial inoculants are sold either as rhizobia within a liquid matrix; or as rhizobia adhered to granules composed of peat prill or finely ground peat moss. During the production of peat-based inoculants, immediately after mixing the rhizobia culture with partially dry sterile peat, the inoculant is stored for a period of 4-5 weeks, inducing a series of changes that results in an increased capability of the rhizobia to survive in the seeds. The number of viable rhizobia on preinoculated seeds at the point of sale, however, is often a limiting factor, as is the inefficiency of the inoculant bacteria to compete with the local rhizobia for the host colonization. In the present work, we used STM-seq for the genomewide screening of Ensifer meliloti mutants affected in the survival during the maturation of peat-based inoculant formulations. Through this approach, we identified hundreds of genes that proved to be relevant to this process. These results also provide a base knowledge that could be used to more completely understand the survival mechanisms used by rhizobia during the maturation of peat-based inoculants, as well as for the design of new inoculant formulations. Highlights Rhizobial inoculants provide an ecological means of nitrogen fertilization compatible with the implementation of sustainable agricultural practices. Their successful usage, however, suffers from two main limitations: the low number of viable rhizobia on preinoculated seeds at the point of sale, and the inefficiency to compete with the local rhizobia for host colonization. Here, we used a high-throughput mutant-screening technology, STM-seq, to uncover which rhizobial genes are involved in the rhizobial survival during the preparation and storage of peat-based inoculant formulations. Our findings provide useful information about the stresses faced by rhizobia during peat-inoculant maturation and storage, which could assist both for the selection of better rhizobial strains, and for the improvement of the inoculant formulations. Graphical Abstract

Prokaryote genomes exhibit a wide range of GC contents and codon usages, both resulting from an interaction between mutational bias and natural selection. In order to investigate the basis underlying specific codon changes, we performed a comprehensive analysis of 29-different prokaryote families. The analysis of core-gene sets with increasing ancestries in each family lineage revealed that the codon usages became progressively more adapted to the tRNA pools. While, as previously reported, highly-expressed genes presented the more optimized codon usage, the singletons contained the less selectively-favored codons. Results showed that usually codons with the highest translational adaptation were preferentially enriched. In agreement with previous reports, a C-bias in 2- to 3-fold codons, and a U-bias in 4-fold codons occurred in all families, irrespective of the global genomic-GC content. Furthermore, the U-biases suggested that U3-mRNA U34-tRNA interactions were responsible for a prominent codon optimization in both the more ancestral core and the highly expressed genes. A comparative analysis of sequences that encode conserved-(cr) or variable-(vr) translated products, with each one being under high- (HEP) and low- (LEP) expression levels, demonstrated that the efficiency was more relevant (by a factor of 2) than accuracy to modelling codon usage. Finally, analysis of the third position of codons (GC3) revealed that, in genomes of global GC contents higher than 35-40%, selection favored a GC3 increase; whereas in genomes with very low-GC contents, a decrease in GC3 occurred. A comprehensive final model is presented where all patterns of codon usage variations are condensed in five distinct behavioral groups.