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Microbial Siderophores

De

In response to low iron availability in the environment most microorganisms synthesize iron chelators, called siderophores. Bacteria and fungi produce a broad range of structurally diverse siderophores, which all show a very high affinity for ferric ions.


"Microbial Siderophores" presents an up-to-date overview of the chemistry, biology and biotechnology of these iron chelators. Following an introduction to the structure, functions and regulation of fungal siderophores, several chapters focus on siderophores of pseudomonads. Here, the technique of siderotyping, which has proved to be a rapid, accurate and inexpensive tool for pseudomonad characterization and identification, is described. Further, the biological significance of siderophores of symbiotic fungi and the possible role of siderophores in pathogenesis are discussed. In addition to methodological approaches, chapters on the biotechnological production of siderophores and their application in promoting human and plant health are included.

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Contents
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Funga Sîderophores: Structure, Functîons and Reguatîon. . . . . . . . . 1 1 1 2 Aparajita Das , Ram Prasad , Abhishek Srivastava , 3 1 1 Pham Huong Giang , Kamya Bhatnagar and Ajit Varma 1.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..1. . . . . . 1.1.1 Sîgnîicance of Terrestrîa Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2 Mycorrîza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.3 Roe of Fungî în Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.4 A Nove Endopytîc FungusPiriformospora indica . 7. . . . . 1.2 Sîderopores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.1 Bacterîa Sîderopores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.2 Funga Sîderopores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Functîons of Sîderopores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.4 Sîderopores as Patogenîc Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.4.1 Actîvîtîes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.4.2 Host Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.4.3 Cînîca Appîcatîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.5 Agrîcutura Interest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6 Utîîzatîon of Sîderopores by Nonproducers . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.7 Acîdîicatîon and Mobîîzatîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.8Piriformospora indica31and Sîderopore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.9 Metods to Caracterîze Sîderopore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.9.1 Procedure for Detectîon of Sîderopore . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.9.2 Isoatîon of Sîderopore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.9.3 Cutîvatîon ofPiriformospora indica34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.10 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..35. . . . . .
2 Sîderotypîng and Bacterîa Taxonomy: A Sîderophore Bank for a Rapîd Identîicatîon at the Specîes Leve of Fuorescent and Non-Fuorescent Pseudomonas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Jean-Marie Meyer 2.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.2 Sîderopores ofPseudomonas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
VIII
3
4
Contents
2.3 Sîderotypîng Metods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46 2.3.1 Sîderotypîng hroug Isoeectrofocusîng . . . . . . . . . . . . . . 48 2.3.2 Sîderotypîng hroug Sîderopore-Medîated Iron Uptake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50 2.4 Sîderotypîng as a Powerfu Too for te Searc of New Sîderopores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.5 Sîderotypîng as a Powerfu Too forPseudomonasTaxonomy and Pyogeny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.6 Sîderotypîng and Envîronmenta/Ecoogîca Mîcrobîoogy . . . . . . 56 2.7 Raîsîng a Pyoverdîne Bank Based on IEF Patterns . . . . . . . . . . . . . 57 2.8 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . 61
Sîderotypîng, a Too to Characterîze, Cassîfy and Identîfy Fuorescent Pseudomonads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Aain Butreys 3.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.2 Sîderopore Specîicîty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.2.1 Specîicîty of Productîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.2.2 Specîicîty of Utîîzatîon and Heteroogous Uptake . . . . . . 68 3.3 Sîderotypîng Metods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.3.1 Sîderopore Uptake Experîments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.3.2 Eectroporetîc Metods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.3.3 Cromatograpîc Metods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.3.4 Mass Spectrometry (MS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.3.5 Use of Modîied Indîcator Straîns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.3.6 Genetîc Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.4 Sîderopores of Fuorescent Pseudomonads . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.4.1 Pyoceîn and îts By-Product Saîcyîc Acîd . . . . . . . . . . . . 71 3.4.2 Pseudomonîne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.4.3 Yersînîabactîn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.4.4 Pyrîdîne-2,6-bîs(monotîocarboxyîc acîd) (PDTC) . . . . . 75 3.4.5 Quînoobactîn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.4.6 Pyoverdîn (Pseudobactîn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.5 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . 81
Sîderophores of Symbîotîc Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91 Kurt Hasewandter and Günther Winkemann 4.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.2 Fungî Formîng Mutuaîstîc Symbîoses wît Pants . . . . . . . . . . . . . 92 4.2.1 Ectomycorrîza Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.2.2 Arbuscuar Mycorrîza Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 4.2.3 Erîcoîd Mycorrîza Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Contents
5
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IX
4.2.4 Orcîdaceous Mycorrîza Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2.5 Ectendomycorrîza Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2.6 Dark Septate Endopytes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.2.7 Mycobîonts of Lîcens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.3 Outook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . 100
Proteîn-medîated Sîderophore Uptake în Gram-negatîve Bacterîa: A Structura Perspectîve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 José D. Farado-Gómez 5.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.2 Transport Across te Outer Membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.2.1 he Outer-Membrane Receptor and Transporter Proteîns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.2.2 Energy Transductîon and TonB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.3 Transport Across te Perîpasm and Cytopasmîc Membrane . . . 111 5.3.1 Perîpasmîc Bîndîng Proteîns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.3.2 he Cytopasmîc-membrane ABC Transporters . . . . . . . . 114 5.4 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . 117
Competîtîon for Iron and Induced Systemîc Resîstance by Sîderophores of Pant Growth Promotîng Rhîzobacterîa. . . . . . . 121 Monica Höfte and Peter A.H.M. Bakker 6.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 6.2 Roe of Sîderopores and Iron-Reguated Compounds în ISR . . 122 6.2.1Pseudomonas aeruginosa7NSK2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 6.2.2Pseudomonas luorescensCHA0 andP. luorescens125. . P3 . 6.2.3Pseudomonas luorescens. . . . . . . . 126WCS417 and WCS374 6.2.4Pseudomonas putida127. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . WCS358 . 6.2.5Pseudomonas putidaBTP1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.6Serratia marcescens90-166 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.3 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . 130
Pyoverdîne Synthesîs and îts Reguatîon în Fuorescent Pseudomonads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135 Paoo Visca, Franceso Imperi and Iain L. Lamont 7.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.1.1 Hîstorîca Perspectîve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.2 Pyoverdîne Genes înPseudomonas aeruginosaPAO1 . . . . . . . . . . 137 7.2.1 Peptîde Syntetase GenespvdD,pvdI,pvdJandpvdL140. .  . 7.2.2 hepvdAandpvdFGenes . 142. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Contents 7.2.3 hepvdHGene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.2.4 Oterpvd143. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genes . 7.2.5 hepvcGenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 7.2.6 Intermedîate-Based Studîes of Pyoverdîne Syntesîs . . . . 145 7.2.7 he Bîosyntetîc Patway of Type I Pyoverdîne înP. aeruginosa145. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PAO1 . 7.3 Iron Reguatîon of Pyoverdîne Syntesîs: he Master Roes of Fur and PvdS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.4 Receptor-dependent Autoreguatîon of Pyoverdîne Syntesîs . . . 150 7.4.1 he FpvA Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 7.4.2 he FpvR Antîsîgma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 7.4.3 A Dîvergent Sîgnaîng Patway from FpvR to PvdS and FpvI Sîgma Factors . . . . . . . . . . . . 154 7.4.4 Addîtîona Reguatory Proteîns Invoved în Moduatîon of Pyoverdîne Gene Expressîon . . . . . . . . . 155 7.4.5 Straîn- and Specîes-dependent Varîabîîty of Pyoverdîne Syntesîs and Reguatîon . . . . . . . . . . . . . . . 155 7.5 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . 157
Impîcatîon of Pyoverdînes în the Interactîons of Fuorescent Pseudomonads wîth Soî Mîcrolora and Pant în the Rhîzosphere165 Phiippe Lemanceau, Agnès Robin, Syvie Mazurier, Gérard Vansuyt 8.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 8.2 Contrîbutîon of Pyoverdînes to Mîcrobîa Interactîons în te Rîzospere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 8.2.1 Competîtîve Advantage Gîven by Pyoverdîne-Medîated Iron Uptake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 8.2.2 Impîcatîon of Pyoverdînes în Mîcrobîa Antagonîsm . . . 170 8.3 Contrîbutîon of Pyoverdînes to Pant-Mîcrobe Interactîons în te Rîzospere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 8.3.1 Induced Systemîc Resîstance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 8.3.2 Impîcatîon of Pyoverdîne în Pant Nutrîtîon . . . . . . . . . . 180 8.4 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . 184
PseudomonasSîderophores and theîr Bîoogîca Sîgnîicance. . . . . . 193 Pierre Corneis and Sandra Matthijs 9.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 9.2 Pyoverdînes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 9.2.1 Bîoogîca Actîvîtîes of Pyoverdînes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 9.2.2 Inductîon of Resîstance to Pant Patogens by Pyoverdînes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Contents
XI
9.3 Secondary Sîderopores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 195 9.3.1 Pyoceîn and Oter hîazoînes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 9.3.2 Heteroaromatîc Monotîocarboxyîc Acîds . . . . . . . . . . . . 197 9.4 Concusîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..200. . . . .
10 Mîcrobîa Sîderophores în Human and Pant Heath-Care . . . . . . . . .205 S.B. Chinchokar, B.L. Chaudhari and M.R. Rane 10.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 10.2 Mîcrobîa Sîderopores for Lîvîng System/for Heat . . . . . . . . . 206 10.2.1 Appîcatîons în Heat Sector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 10.3 Iron Nutrîtîon în Pants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 10.4 Roe of Mîcrobîa Sîderopores în Pant Heat . . . . . . . . . . . . . . . 211 10.4.1 Competîtîon for Iron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 10.4.2 Induced Systemîc Resîstance (ISR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 10.4.3 Indîrect Contrîbutîon to Bîoogîca Contro . . . . . . . . . . . 212 10.5 Concusîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..214. . . . .
11 Bîotechnoogîca Productîon of Sîderophores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219 María Eena Díaz de Viegas 11.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 11.2 GenusPseudomonas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . 220 11.3 Sîderopores Productîon în Lîquîd Cuture . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 11.3.1 Iron Inluence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 11.3.2 Nature of Nîtrogen and Carbon Source . . . . . . . . . . . . . . . 223 11.3.3 Beavîor of pH Durîng Sîderopore Productîon . . . . . . . 225 11.3.4 Inluence of Cuture Temperature on Sîderopore Productîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 11.4 Concusîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..227. . . . .
12 Mîcrobîa Sîderophore: A State of Art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233 S.B. Chinchokar, B.L. Chaudhari, and M.R. Rane 12.1 Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 12.2 Fermentatîve Productîon of Sîderopores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 12.3 Medîa Preparatîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 12.4 Sîderopore Productîon by Bacterîa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 12.5 Sîderopore Productîon by Fungî . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 12.6 Concusîons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..239. . . . .
Subject Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...243
http://www.springer.com/978-3-540-71159-9