Bradyrhizobium diazoefficiensは、大豆感染中に浸透圧ストレスに対処するために化学シャペロンを必要とします

マメ科植物の宿主と共生するとき、根粒菌は栄養の利用可能性やストレスへの曝露を含む環境の変化に直面します。遺伝的回路により、これらの環境刺激に反応して、自由生活から共生ライフスタイルへの切り替え中の生理学的適応を最適化することができます。効率的な共生のための窒素固定大豆内膜内膜内菌ジアゾビウムジアゾービウムジアゾービウムの極めて重要な調節システムは、一般的なストレス反応（GSR）です。ここでは、トレハロースの生合成がGSR制御下にあることを実証し、それぞれの生合成遺伝子OTAおよび/またはOTSBフェノコピーGSR欠損変異体を共生および選択した自由生活ストレス条件を欠く変異体を欠いていることを示します。細胞質化学シャペロンおよびストレス保護剤としてのトレハロースの役割は、化学的に無関係な互換性のある溶質グリシンベタインおよび（油酸素）エクセインの生合成のための異種遺伝的経路を導入することにより、OTSAまたはOTSB変異体で機能的に置き換えることができます。あるいは、外因的に提供されたトレハロースの取り込みは、OTSA変異体の高浸透圧および高感性ストレスに対する効率的な共生および耐性も回復します。したがって、GSR制御された生合成に起因する細胞質トレハロースレベルの上昇は、B。diazoefficiens細胞にとって宿主感染の初期段階での副次的条件を克服し、根の発達との同期を確保するために重要です。基本的な研究のモデルシステムとして細菌と植物の相互作用。相互認識と初期の結節器官発生について詳細な分子洞察は利用できますが、根圏の自由生活状態から内共生生物細菌への移行中の宿主が課した状態と根茎に感染する生理学の理解は現在限られています。この研究では、宿主感染中の根粒菌一般ストレス反応（GSR）の要件が、トレハロースのGSR制御された生合成に起因することを示しています。具体的には、トレハロースは、宿主感染中に浸透圧から根茎を保護するための化学シャペロンとして作用することにより、効率的な共生症のために重要です。

When engaging in symbiosis with legume hosts, rhizobia are confronted with environmental changes, including nutrient availability and stress exposure. Genetic circuits allow responding to these environmental stimuli to optimize physiological adaptations during the switch from the free-living to the symbiotic life style. A pivotal regulatory system of the nitrogen-fixing soybean endosymbiont Bradyrhizobium diazoefficiens for efficient symbiosis is the general stress response (GSR), which relies on the alternative sigma factor σEcfG However, the GSR-controlled process required for symbiosis has not been identified. Here, we demonstrate that biosynthesis of trehalose is under GSR control, and mutants lacking the respective biosynthetic genes otsA and/or otsB phenocopy GSR-deficient mutants under symbiotic and selected free-living stress conditions. The role of trehalose as a cytoplasmic chemical chaperone and stress protectant can be functionally replaced in an otsA or otsB mutant by introducing heterologous genetic pathways for biosynthesis of the chemically unrelated compatible solutes glycine betaine and (hydroxy)ectoine. Alternatively, uptake of exogenously provided trehalose also restores efficient symbiosis and tolerance to hyperosmotic and hyperionic stress of otsA mutants. Hence, elevated cytoplasmic trehalose levels resulting from GSR-controlled biosynthesis are crucial for B. diazoefficiens cells to overcome adverse conditions during early stages of host infection and ensure synchronization with root nodule development.IMPORTANCE The Bradyrhizobium-soybean symbiosis is of great agricultural significance and serves as a model system for fundamental research in bacterium-plant interactions. While detailed molecular insight is available about mutual recognition and early nodule organogenesis, our understanding of the host-imposed conditions and the physiology of infecting rhizobia during the transition from a free-living state in the rhizosphere to endosymbiotic bacteroids is currently limited. In this study, we show that the requirement of the rhizobial general stress response (GSR) during host infection is attributable to GSR-controlled biosynthesis of trehalose. Specifically, trehalose is crucial for an efficient symbiosis by acting as a chemical chaperone to protect rhizobia from osmostress during host infection.