Abstract :
Rhizobia are soil-dwelling bacteria that can form N2-fixing symbioses with legume plant species (Fabaceae). These bacteria are globally distributed; however, few studies have examined the genomics of rhizobia that live in cold environments. Here, we isolated and characterized three rhizobial strains from legume nodules collected at a pair of distant low Arctic tundra and boreal forest sites in northern Canada. Phylogenetic and average nucleotide identity measurements suggested that the three strains are members of the genus Mesorhizobium, and that each strain represents a novel genospecies. Intriguingly, whereas most mesorhizobia contain the classical determinants of nodulation and nitrogen fixation on their chromosome, whole genome sequencing revealed that all three strains carry these genes on large symbiotic megaplasmids of ~750 to ~1000 kb. Phylogenetic and sequence analyses of the common nodulation genes revealed highly conserved alleles amongst these northern mesorhizobia, leading us to propose that they belong to a novel symbiovar that we termed symbiovar oxytropis. Interestingly, these nod gene alleles are uncommon in mesorhizobia isolated from similar plant hosts in other climatic regions, suggesting potential functional adaptive differences. Key words: symbiotic nitrogen fixation, mesorhizobia, cold stress, rhizobium ecology, legume nodulation Les rhizobiums sont des bacteries vivant dans le sol qui peuvent former des symbioses fixant l'azote avec des especes de legumineuses (Fabaceae). Ces bacteries sont reparties dans le monde entier; toutefois, peu d'etudes ont examine la genomique des rhizobiums qui vivent dans des environnements froids. Ici, les auteurs ont isole et caracterise trois souches de Mesorhizobium provenant de nodules de legumineuses collectes dans une paire de sites distants de la toundra du bas Arctique et de foret boreale dans le nord du Canada. Les mesures phylogenetiques et d'identite nucleotidique moyenne suggerent que les trois souches sont des membres du genre Mesorhizobium, et que chaque souche represente une nouvelle genoespece. De maniere intrigante, alors que la plupart des mesorhizobiums contiennent les determinants classiques de la nodulation et de la fixation de l'azote sur leur chromosome, le sequencage du genome entier a revele que les trois souches portent ces genes sur de grands megaplasmides symbiotiques de ~750 a ~1000 kb. Les analyses phylogenetiques et de sequence des genes de nodulation communs ont revele des alleles hautement conserves parmi ces souches mesorhizobiennes nordiques, ce qui a conduit les auteurs a proposer qu'elles appartiennent a un nouveau symbiovar qu'ils ont appele symbiovar oxytropis. Il est interessant de noter que ces alleles de genes nod sont peu communs chez les mesorhizobiums isoles de plantes hotes similaires dans d'autres regions climatiques, ce qui suggere des differences adaptatives fonctionnelles potentielles. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : fixation symbiotique de l'azote, mesorhizobiums, stress du au froid, ecologie des rhizobiums, nodulation des legumineuses