Although siderophores are induced primarily in response to iron deficiency, soil and other ecological factors can affect on this process. This study was to evaluate the production of siderophores by different fungal species isolated from heavy metal contaminated and uncontaminated soils. More than thirty fungal strains were isolated from heavy metal contaminated and rhizosphere uncontaminated soils. Chrome azurol sulfonate (CAS) was used for both quantitative and qualitative evaluation of siderophores production. No significant correlations were observed between the tested variables such as ultraviolet (UV) irradiation method and CAS-agar plate and heavy metal concentration in both soils. The production of siderophores in rhizosphere fungi was higher than those isolated from the contaminated soil; however, the difference was not significant. The siderophore production (%) by fungi isolated from heavy metal contaminated soil using UV irradiation method was positively correlated with the qualitative values using CAS-plate method (P<0.05). Pearson correlation test indicated a positive correlation between the quantitative and qualitative methods of detection for fungi isolated from rhizosphere and also those isolated from heavy metal contaminated soil.
Fungi employ diverse mechanisms for iron uptake to ensure proliferation and survival in iron-limited environments. Siderophores are secondary metabolite small molecules with a high affinity specifically for ferric iron; these molecules play an essential role in iron acquisition in fungi and significantly influence fungal physiology and virulence. Fungal siderophores, which are primarily hydroxamate types, are synthesized via non-ribosomal peptide synthetases (NRPS) or NRPS-independent pathways. Following synthesis, siderophores are excreted, chelate iron, and are transported into the cell by specific cell membrane transporters. In several human pathogenic fungi, siderophores are pivotal for virulence, as inhibition of their synthesis or transport significantly reduces disease in murine models of infection. This review briefly highlights siderophore biosynthesis and transport mechanisms in fungal pathogens as well the model fungi Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe. Understanding siderophore biosynthesis and transport in pathogenic fungi provides valuable insights into fungal biology and illuminates potential therapeutic targets for combating fungal infections.
Brevibacillus brevis GZDF3 is a gram-positive, plant growth-promoting rhizosphere bacterium (PGPR) isolated from the rhizosphere soil of Pinellia ternata (an important herb in traditional Chinese medicine). The GZDF3 strain produces certain active compounds, such as siderophores, which are the final metabolite products of non-ribosomal peptide synthetase (NRPS) and independent non-ribosomal peptide synthetase (NIS) activity. With the present study, we attempted to investigate the siderophore production characteristics and conditions of Bacillus sp. GZDF3. The antibacterial activity of the siderophores on pathogenic fungi was also investigated. Optimal conditions for the synthesis of siderophores were determined by single factor method, using sucrose 15 g/l, asparagine 2 g/l, 32℃, and 48 h. The optimized sucrose asparagine medium significantly increased the production of siderophores, from 27.09% to 54.99%. Moreover, the effects of different kinds of metal ions on siderophore production were explored here. We found that Fe3+ and Cu2+ significantly inhibited the synthesis of siderophores. The preliminary separation and purification of siderophores by immobilized-metal affinity chromatography (IMAC) provides strong antibacterial activity against Candida albicans. The synergistic effect of siderophores and amphotericin B was also demonstrated. Our results have shown that the GZDF3 strain could produce a large amount of siderophores with strong antagonistic activity, which is helpful in the development of new biological control agents.
Ability of iron acquisition of pathogenic microorganisms functions as a virulence factor. Candida albicans, a fungal pathogen that requires iron for growth, is susceptible to growth retardation by high-affinity iron binding proteins such as transferrin. Recently, we reported that C. albicans could utilize the heme as a part of heme-containing proteins dissociated by heme oxygenase, CaHMX1. In search of another pathway that C. albicans can use to bypass the growth regulation produced by iron limitation, this present study examined utilization of non-candidal siderophores such as Desferal and rhodotorulic acid (RA) for acquisition of inorganic iron by the fungus. C. albicans secreting no siderophores was cultured in iron-free (pretreated with apotransferrin for 24 h) (culture medium). Once growth of the yeast reached stasis from iron starvation, a siderophore was added to the culture media. Results showed that cultures containing apotransferrin within a dialysis membrane recovered growth to the level of untreated controls, whereas C. albicans yeast cells in direct contact with soluble iron-free (apo) transferrin recovered growth only partially. When static growth from iron limitation was reached, the addition of siderophore-apotransferrin complex to culture medium also permitted the yeast to recover growth from apotransferrin growth regulation. All the data show that C. albicans can utilize the non-candidal siderophores for iron acquisition under transferrin regulation as can pathogenic bacteria.
Rice blast caused by Pyricularia oryzae, which is a major threat to food security worldwide, markedly decreases the yield of rice. Some rhizobacteria called 'plant growth-promoting rhizobacteria' inhibit plant pathogens and improve plant growth by secreting iron-chelating siderophores. The decreased availability of iron adversely affects the survival of pathogens, especially fungal pathogens, in the rhizosphere. This study aimed to determine the morphological diversity of siderophore-producing bacteria, analyze the type of siderophores produced by the bacteria, and examine their growth-inhibitory activity against Pyricularia oryzae. The rhizobacteria were isolated from the rhizosphere of Sembada Hitam variety of black rice plants in Pakem, Sleman, Yogyakarta, Indonesia. In total, 12 distinct isolates were screened for the production of siderophores. It was found that 9 out of 12 bacteria produced siderophore and most of them were Gram positive bacteria. The best siderophore-producing isolates with different type of siderophore were used in further studies. The IS3 and IS14 isolates were found to be the best siderophore producer that produced hydroxamate and mixed type of hydroxamate-carboxylate type of siderophore, respectively. In the dual culture assay, IS14 showed a strong antagonistic effect against Pyricularia oryzae by the 81.17% inhibition.
M. Rajkumar;Lee, Kui-Jae;Lee, Wang-Hyu;R. Nagendran
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.105.2-105
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2003
The aim of the present study was to assess the importance of siderophore producing rhizobacteria on the growth of Brassica juncea under chromium stress. Pseudomonas sp. (A4) produced an iron chelating substance siderophores in iron deficient medium. Under chromium stress condition Pseudomenas sp. (A4) markedly increased the root and shoot length and also biomass of Brassica juncea as compared to Pseudomonas sp. (A3). This plant growth promotion has been related to the microbial production of siderophores.
Nineteen nitrogen-fixing bacteria were isolated from rice roots cultivated in the southern part of the Korean peninsula. Among them, three isolates - Stenotrophomonas sp. KNUC89, Pseudomonas sp. KNUC116, and Delftia sp. KNUC133 - showed antifungal activities against phytopathogenic fungi Rhizoctonia solani and Fusarium oxysporum. Besides they could produce auxin and siderophores.
Vial, Ludovic;Groleau, Marie-Christine;Dekimpe, Valerie;Deziel, Eric
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.9
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pp.1407-1429
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2007
The Burkholderia genus consists of over 40 Gram-negative, ${\beta}$-proteobacteria species that occupy remarkably diverse ecological niches. This genus contains species pathogenic to human, animals, and plants, as well as species involved in promoting plant growth and biodegradation of pollutants. This is largely explained by the extraordinary versatility of Burkholderia, as reflected by the remarkable diversity of extracellular products released by these bacteria. We exhaustively surveyed the extracellular enzymes, siderophores, toxins, antimicrobials, and other secondary metabolites produced by the members of this very diverse genus. Available information on regulation, especially quorum sensing mechanisms, and secretion is highlighted.
A total of 31 Acinetobacter isolates were obtained from the rhizosphere of Pennisetum glaucum and evaluated for their plant-growth-promoting traits. Two isolates, namely Acinetobacter sp. PUCM1007 and A. baumannii PUCM1029, produced indole acetic acid (10-13 ${\mu}g$/ml). A total of 26 and 27 isolates solubilized phosphates and zinc oxide, respectively. Among the mineral-solubilizing strains, A. calcoaceticus PUCM1006 solubilized phosphate most efficiently (84 mg/ml), whereas zinc oxide was solubilized by A. calcoaceticus PUCM1025 at the highest solubilization efficiency of 918%. All the Acinetobacter isolates, except PUCM1010, produced siderophores. The highest siderophore production (85.0 siderophore units) was exhibited by A. calcoaceticus PUCM1016. Strains PUCM1001 and PUCM1019 (both A. calcoaceticus) and PUCM1022 (Acinetobacter sp.) produced both hydroxamate-and catechol-type siderophores, whereas all the other strains only produced catechol-type siderophores. In vitro inhibition of Fusarium oxysporum under iron-limited conditions was demonstrated by the siderophore-producing Acinetobacter strains, where PUCM1018 was the most potent inhibitor of the fungal phytopathogen. Acinetobacter sp. PUCM1022 significantly enhanced the shoot height, root length, and root dry weights of pearl millet seedlings in pot experiments when compared with controls, underscoring the plant-growth-promoting potential of these isolates.
In this study, the siderophore-producing characteristics and conditions of Bacillus sp. PZ-1 were investigated and the enhancement of siderophores on Pb uptake and translocation in Brassica juncea were determined. Results of single factor experiment showed that glucose, pH, and $Pb(NO_3)_2$ could stimulate PZ-1 growth and siderophore production. The maximum siderophore production of 90.52% siderophore units was obtained by response surface methodology optimization at the glucose concentration of 21.84 g/l, pH 6.18, and $Pb(NO_3)_2$ concentration of $245.04{\mu}mol/l$. The type of siderophore was hydroxamate and its concentration in the fermentation broth amounted to $32.24{\mu}g/ml$. Results of pot experiments indicated that the siderophores enhanced B. juncea to assimilate more Pb from soil with the uptake ratio from 1.04 to 2.74, and to translocate more Pb from underground to overground with the TF values from 1.21 to 1.48. The results revealed that Bacillus sp. PZ-1 could produce abundant siderophores and might be potentially used to augment the phytoextraction of Pb from soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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