Addition of organic matter such as livestock manures and plant residues is a feasible practice to mitigate soil degradation caused by long-term application of chemical fertilizers, and the mitigation is largely mediated though activities of the soil-dwelling microorganisms. However, the roles of different kinds of organic matter in maintaining bacterial community structure have not been assessed in a comparative manner. In this study, 454 pyrosequencing of 16S rRNA gene was employed to compare the bacterial community structure among soils that had been subjected to 30 years of NPK fertilization under six treatment regimes: non-fertilization control, fertilization only, and fertilization combined with the use of pig manure, cow manure or low- and high-level of wheat straws. Consistent with expectation, long-term application of NPK chemical fertilizers caused a significant decrease of bacterial diversity in terms of species richness (i.e. number of unique operational taxonomic units (OTU)), Faith's index of phylogenetic diversity and Chao 1 index. Incorporation of wheat straw into soil produced little effects on bacterial community, whereas addition of either pig manure or cow manure restored bacterial diversity to levels that are comparable to that of the non-fertilization control. Moreover, bacterial abundance determined by quantitative PCR was positively correlated with the nutritional status of the soil (e.g., nitrate, total nitrogen, total carbon, available phosphorus); however, bacterial diversity was predominantly determined by soil pH. Together, our data implicate the role of livestock manures in preventing the loss of bacterial diversity during long-term chemical fertilization, and highlight pH as the major deterministic factor for soil bacterial community structure.

Pseudomonas fluorescens are common soil bacteria that can improve plant health through nutrient cycling, pathogen antagonism and induction of plant defenses. The genome sequences of strains SBW25 and Pf0-1 were determined and compared to each other and with P. fluorescens Pf-5. A functional genomic in vivo expression technology (IVET) screen provided insight into genes used by P. fluorescens in its natural environment and an improved understanding of the ecological significance of diversity within this species. Comparisons of three P. fluorescens genomes (SBW25, Pf0-1, Pf-5) revealed considerable divergence: 61% of genes are shared, the majority located near the replication origin. Phylogenetic and average amino acid identity analyses showed a low overall relationship. A functional screen of SBW25 defined 125 plant-induced genes including a range of functions specific to the plant environment. Orthologues of 83 of these exist in Pf0-1 and Pf-5, with 73 shared by both strains. The P. fluorescens genomes carry numerous complex repetitive DNA sequences, some resembling Miniature Inverted-repeat Transposable Elements (MITEs). In SBW25, repeat density and distribution revealed 'repeat deserts' lacking repeats, covering approximately 40% of the genome. P. fluorescens genomes are highly diverse. Strain-specific regions around the replication terminus suggest genome compartmentalization. The genomic heterogeneity among the three strains is reminiscent of a species complex rather than a single species. That 42% of plant-inducible genes were not shared by all strains reinforces this conclusion and shows that ecological success requires specialized and core functions. The diversity also indicates the significant size of genetic information within the Pseudomonas pan genome.

Abstract Nematode predation has important roles in determining bacterial community composition and dynamics, but the extent of the effects remains largely rudimentary, particularly in natural environment settings. Here, we investigated the complex microbial–microfaunal interactions in the rhizosphere of maize grown in red soils, which were derived from four long-term fertilization regimes. Root-free rhizosphere soil samples were separated into three aggregate fractions whereby the abundance and community composition were examined for nematode and total bacterial communities. A functional group of alkaline phosphomonoesterase (ALP) producing bacteria was included to test the hypothesis that nematode grazing may significantly affect specific bacteria-mediated ecological functions, that is, organic phosphate cycling in soil. Results of correlation analysis, structural equation modeling and interaction networks combined with laboratory microcosm experiments consistently indicated that bacterivorous nematodes enhanced bacterial diversity, and the abundance of bacterivores was positively correlated with bacterial biomass, including ALP-producing bacterial abundance. Significantly, such effects were more pronounced in large macroaggregates than in microaggregates. There was a positive correlation between the most dominant bacterivores Protorhabditis and the ALP-producing keystone ‘species’ Mesorhizobium. Taken together, these findings implicate important roles of nematodes in stimulating bacterial dynamics in a spatially dependent manner.

Kombucha is a fermented tea beverage containing live microorganisms, mostly beneficial strains of yeast and acetic acid bacteria (AAB), but empirical evidence is limited supporting the probiotic potential of kombucha. This study reports the in vitro probiotic potential of 36 AAB strains isolated from three Kombucha samples commercially available in New Zealand. Nine representative AAB strains, belonging to three species (Komagataeibacter rhaeticus, Acetobacter musti and Gluconobacter potus), were examined for their primary probiotic characteristics such as tolerance to bile salts, NaCl, and low pH, and temperature. Three non-cellulose forming strains (A. musti LOAAB1, G. potus LOAAB2 and G. potus GBAAB3) were assayed for their cell surface characteristics such as auto-aggregation, co-aggregation with pathogenic bacteria, and hydrophobicity. Antimicrobial, antioxidant activities and enzymatic activities were also investigated for the strains of interest. Results indicated that nine strains were able to grow under low pH in the presence of bile salts, suggesting their potential to survive in the human gut. Six K. rhaeticus strains produced cellulosic pellicles, a potential source of prebiotics for beneficial bacteria. The three AAB strains LOAAB1, LOAAB2 and GBAAB3 showed promising cell surface characteristics, such as auto-aggregation rates (>80 %), co-aggregation with four pathogenic bacteria (13.24–43.47 %), hydrophobicity (42.12 % to 50.20 %), and antioxidant activities (>90 %). All nine strains tested negative for enzymatic activities (haemolytic, proteolytic, phospholipase, and gelatinase), suggesting that they are safe to consume. Together, these data indicate the potential for the three AAB strains to be further investigated as probiotic sources with more in vivo tests for applications in the food and beverages industry.

Interspecific introgression between Gossypium hirsutum and G. barbadense allows breeding cotton with outstanding fiber length (FL). However, the dynamic gene regulatory network of FL-related genes has not been characterized, and the functional mechanism through which the hub gene GhTUB5 mediates fiber elongation has yet to be determined. Coexpression analyses of 277 developing fiber transcriptomes integrated with QTL mapping using 250 introgression lines of different FL phenotypes were conducted to identify genes related to fiber elongation. The function of GhTUB5 was determined by ectopic expression of two TUB5 alleles in Arabidopsis and knockout of GhTUB5 in upland cotton. Yeast two-hybrid, split-luciferase and pull-down assays were conducted to screen for interacting proteins, and upstream genes were identified by yeast one-hybrid, dual-LUC and electrophoretic mobility shift assays. The 32,612, 30,837 and 30,277 genes expressed at 5, 10 and 15 days postanthesis (dpa) were grouped into 19 distinct coexpression modules, and 988 genes in the MEblack module were enriched in the cell wall process and exhibited significant associations with FL. A total of 20 FL-QTLs were identified, each explaining 3.34–16.04 % of the phenotypic variance in the FL. Furthermore, several FL-QTLs contained 15 genes that were differentially expressed in the MEblack module including the tubulin beta gene (TUB5). Compared with the wild type, the overexpression of GhTUB5 and GbTUB5 in Arabidopsis suppressed root cell length but promoted cellulose synthesis. Knockout of GhTUB5 resulted in longer fiber lines. Protein-based experiments revealed that GhTUB5 interacts with GhZFP6. Additionally, GhTUB5 was directly activated by GhHD-ZIP7, a homeobox-leucine zipper transcription factor, and its paralogous gene was previously reported to mediate fiber elongation. This study opens a new avenue to dissect functional mechanism of cotton fiber elongation. Our findings provide some molecular details on how GhTUB5 mediates the FL phenotype in cotton.

Cell shape is a fundamental property in bacterial kingdom. MreB is a protein that determines rod-like shape, and its deletion is generally lethal. Here, we deleted the mreB homolog from rod-shaped bacterium Pseudomonas fluorescens SBW25 and found that ΔmreB cells are viable, spherical cells with a 20% reduction in competitive fitness and high variability in cell size. We show that cell death, correlated with increased levels of elongation asymmetry between sister cells, accounts for the large fitness reduction. After a thousand generations in rich media, the fitness of evolved ΔmreB lines was restored to ancestral levels and cells regained symmetry and ancestral size, while maintaining spherical shape. Using population sequencing, we identified pbp1A, coding for a protein involved in cell wall synthesis, as the primary target for compensatory mutations of the ΔmreB genotype. Our findings suggest that reducing elongasome associated PBPs aids in the production of symmetric cells when MreB is absent.

Abstract The function of microbes can be inferred from knowledge of genes specifically expressed in natural environments. Here we report the in vivo transcriptome of the entomopathogenic bacterium Yersinia entomophaga MH96, captured during three stages of intrahemocoelic infection in Galleria mellonella . A total of 1,285 genes were significantly upregulated by MH96 during infection; 829 genes responded to in vivo conditions during at least one stage of infection, 289 responded during two stages of infection and 167 transcripts responded throughout all three stages of infection. Genes upregulated during the earliest infection stage included components of the insecticidal toxin complex Yen-TC ( chi1, chi2 and yenC1 ), genes for rearrangement hotspot element containing protein yenC3 , cytolethal distending toxin cdtAB and vegetative insecticidal toxin vip2 . Genes more highly expressed throughout the infection cycle included the putative heat-stable enterotoxin yenT and three adhesins (usher-chaperone fimbria, filamentous hemagglutinin and an AidA-like secreted adhesin). Clustering and functional enrichment of gene expression data also revealed expression of genes encoding type III and VI secretion system-associated effectors. Together these data provide insight into the pathobiology of MH96 and serve as an important resource supporting efforts to identify novel insecticidal agents.