SYMBIOTIC ANALYSIS BETWEEN Bradyrhizobium elkanii USDA61 AND Lupinus pilosus

Cokorda Keigoputra Pemayun, Prof. Ir. Irfan Dwidya Prijambada, M.Eng., Ph.D. ; Shin Okazaki, Ph.D.

2025 | Skripsi | MIKROBIOLOGI PERTANIAN

Pembentukan bintil akar yang mampu mengikat nitrogen melibatkan interaksi molekuler kompleks antara rhizobia dan tanaman legum, terutama melalui jalur pelepasan Faktor Nod (NF). Studi terbaru menunjukkan bahwa Bradyrhizobium menggunakan kompleks protein seperti jarum yang dikenal sebagai Sistem Sekresi Tipe III (T3SS) untuk mengatur pembentukan nodul dan spesifisitas tanaman inang. Penelitian ini menyelidiki Bradyrhizobium elkanii USDA61 galur tipe liar, mutan BErhcj T3SS, dan mutan Tn5 sebagai inokulan untuk Lupinus pilosus. Analisis simbiosis mencakup analisis fenotipe nodulasi, biomassa tanaman, aktivitas fiksasi nitrogen, dan insersi Tn5 dalam DNA mutan. Enam sampel mutan digunakan dalam penelitian ini, yaitu Tn5-4, Tn5-5, Tn5-6, Tn5-7, Tn5-8, dan Tn5-9. USDA61 berfungsi sebagai kontrol negatif, sementara mutan BErhcj sebagai kontrol positif. Hasil kami menunjukkan bahwa semua galur mutan Tn5 menunjukkan hasil yang berbeda. Di antara enam sampel mutan, perbedaan signifikan (p < 0> 0.5). Tn5-4, Tn5-6, dan Tn5-8 menghasilkan nodul yang besar dan berwarna merah muda serta aktivitas fiksasi nitrogen yang tinggi, berbeda dengan Tn5-5, Tn5-7, dan Tn5-9 yang memiliki nodul kecil dan berwarna putih serta aktivitas fiksasi nitrogen yang rendah. Selain itu, aktivitas fiksasi nitrogen memengaruhi warna daun, yang menunjukkan kandungan klorofil; namun, korelasi lemah diamati antara laju fiksasi nitrogen dan total berat segar tanaman. galur mutan yang mampu mengikat nitrogen memiliki ukuran urutan penyisipan Tn5 yang serupa, sedangkan nodul dengan aktivitas fiksasi negatif menunjukkan ukuran yang berbeda.

The formation of nitrogen-fixing nodules involves complex molecular interactions between rhizobia and legume plants, particularly through the Nod Factor (NF) dependent pathway. Recent studies indicate that Bradyrhizobium utilizes a needle-like protein complex known as the Type III Secretion System (T3SS) to regulate nodule formation and host plant specificity. This study investigated the wild-type Bradyrhizobium elkanii USDA61, BErhcj T3SS mutant strain, and constructed Tn5 mutants as inoculants for Lupinus pilosus. Symbiosis analysis included assessments of nodulation phenotypes, plant biomass, nitrogen-fixing activity, and Tn5 insertion in mutant DNA. Six mutant samples were used in this research, namely Tn5-4, Tn5-5, Tn5-6, Tn5-7, Tn5-8 and Tn5-9. USDA61 served as the negative control, while the BErhcj mutant acted as the positive control. Our results showed that all Tn5 mutant strains exhibited distinct outcomes. Among six mutant samples, significant differences (p < 0> 0.5). Tn5-4, Tn5-6, and Tn5-8 displayed larger, pink nodules and higher nitrogen-fixing activity, in contrast to Tn5-5, Tn5-7, and Tn5-9, which had small, white nodules and very low nitrogen-fixing activity. Furthermore, nitrogen-fixing activity influenced leaf color, indicating chlorophyll content; however, a weak correlation was observed between nitrogen-fixing rate and total plant fresh weight. Mutant strains capable of fixing nitrogen shared similar Tn5 insertion sequence sizes, whereas nodules with negative fixing activity exhibited different sizes.

Kata Kunci : Bradyrhizobium, Lupinus pilosus, nitrogen-fixing activity, Tn5 insertion, nodulation phenotype