Análise proteômica do diazotrofo endofítico Herbaspirilum seropedicae SmR1 cultivado em meio suplementado com extrato de cana-de-açúcar var.B4362.

Abstract

Resumo: Herbaspirillum seropedicae é uma bactéria diazotrófica e endofítica, encontrada em associação com gramíneas de grande importância para a alimentação humana e animal como o milho (Zea mays), arroz (Oryza sativa), sorgo (Sorghum bicolor), cana-de-açúcar (hibridos interespecíficos de Saccharum), e também algumas espécies tropicais como a bananeira (Musa spp) e o abacaxizeiro (Ananas comosus). O H. seropedicae é uma bactéria promotora do crescimento vegetal (PGPR-Plant Growth Promoter Rhizobacteria), sendo, portanto utilizada como biofertilizante. As análises da expressão gênica através dos níveis de RNA mensageiro (mRNA) ou dos níveis protéicos, são ferramentas importantíssimas para se compreender o funcionamento dos sistemas biológicos e a interação entre plantas e bactérias. Na análise proteômica, um conjunto de técnicas permite a análise e identificação de proteínas diferencialmente expressas em condições distintas. Usando tais técnicas é possível traçar um perfil da interação entre plantas e bactérias já que os mecanismos moleculares da interação entre cana-de-açúcar e Herbaspirillum seropedicae não são entendidos inteiramente. Neste trabalho utilizou-se a técnica de eletroforese 2D-PAGE e espectrometria de massa do tipo MALDI-ToF para separar e identificar as proteínas de H. seropedicae diferencialmente expressas na fase exponencial de crescimento na presença de 5% de extrato de cana-de-açúcar. As proteínas diferencialmente expressas foram validadas pela técnica de qRT-PCR. Um total de 16 proteínas diferencialmente expressas por H. seropedicae foram identificadas (1 exclusivamente expressa, 7 ausentes, 5 com expressão aumentada e 3 com expressão diminuída) na presença do extrato de cana-de-açúcar. Assim o extrato de cana foi capaz de induzir e reprimir genes específicos de H. seropedicae. As proteínas diferencialmente expressas sugerem que a exposição ao extrato de cana-de-açúcar induz mudanças metabólicas e adaptações em H. seropedicae presumivelmente em preparação para estabelecer uma interação com a planta.

Abstract: Herbaspirillum seropedicae is an endophytic diazotrophic bacteria found in association with grasses of great importance for human and animal food such as maize (Zea mays), rice (Oryza sativa), sorghum (Sorghum bicolor), sugarcane (Saccharum interspecific hybrids), and also some tropical species such as banana (Musa spp) and pineapple (Ananas comosus). Herbaspirillum seropedicae is a Plant Growth Promoter Rhizobacteria (PGPR) and therefore used as biofertilizer. The analysis of gene expression through the levels of messenger RNA (mRNA) and protein levels, are important tools for understanding the functioning of biological systems and the interaction between plant and bacteria. In proteomic analysis there is a set of techniques that allows the analysis and identification of differentially expressed proteins in different conditions of comparable systems. Mass spectrometry allows identification of these proteins and thus have potential to study a profile the interaction between plants and bacteria. The molecular mechanisms that mediate plant- H. seropedicae interaction are poorly understood. In this work, 2D-PAGE electrophoresis and MALDI-ToF mass spectrometry were used to separate and identify H. seropedicae proteins differentially expressed at the exponential phase of growth in the presence of 5% sugarcane extract. The differentially expressed proteins were validated by RT qPCR. A total of 16 differential proteins were identified (1 exclusively expressed, 7 absent, 5 up- and 3 down-regulated) in the presence of 5% sugarcane extract were identified, thus the host extract is able to induce and repress specific genes of H. seropedicae. The differentially expressed proteins suggest that exposure to sugarcane extract induced metabolic changes and adaptations in H. seropedicae presumably in preparation to establish interaction with the plant.