Análise do transcriptoma total de raízes de plântulas de arroz (Oryza sativa L.) colonizadas por Herbaspirillum seropedicae SmR1

Abstract

Resumo: O arroz é alimento básico para aproximadamente metade da população mundial. O aumento desta população, portanto, demanda de uma maior produção de arroz. Nesse sentido, o melhoramento na cultura deste cereal e novas tecnologias de cultivo é de suma importância para aumentar a produtividade sem aumento da área de plantio. Herbaspirillum seropedicae coloniza arroz e outras plantas e promove o seu crescimento e produtividade. Os mecanismos envolvidos nessa interação benéfica entre H. seropedicae e plantas de arroz não são bem compreendidos e fatores moleculares envolvidos permanecem desconhecidos. Para compreender melhor essa interação, o transcriptoma de raízes de arroz (Oryza sativa L. cv. Nipponbare) inoculadas e não inoculadas com H. seropedicae foi determinado. Para isto foi utilizado técnica de sequenciamento de cDNA (RNA-seq) em uma plataforma de sequenciamento SOLiDTM. O mapeamento da biblioteca de RNA-seq de raízes de arroz 3 dias após inoculação produziu um total de 22 milhões de sequências mapeadas apenas uma vez no genoma de O. sativa representando 13.838 transcritos expressos com pelo menos duas vezes de cobertura do gene. Foram obtidos 1019 genes diferencialmente expressos (valor-p< 0,05), sendo que destes 256 possuem diferença de expressão entre controle e inoculado de pelo menos duas vezes. Entre os genes regulados observou-se um grande número de genes codificando proteínas relacionadas ao sistema de defesa da planta, tais como, proteínas induzidas por probenazol, proteínas de resistência a doenças e enzimas envolvidas na biossíntese de flavonóides. Todos esses genes estão reprimidos pela presença de H. seropedicae em raízes de arroz. Além disso, genes relacionados à síntese e efluxo de fitossideróforos (PS) e transporte do complexo PS-Fe foram induzidos em raízes de arroz. Genes relacionados à via de sinalização de auxina e a 1-aminociclopropano oxidase, que catalisa a biossíntese de etileno, também são regulados pela inoculação com H. seropedicae. As leituras de sequências foram também mapeadas no genoma de H. seropedicae. Genes relacionados à fixação de nitrogênio, motilidade celular e biogênese da parede celular foram expressos pela bactéria. Os resultados indicam que o sistema de defesa da planta é reprimido pela presença da bactéria enquanto que o sistema de aquisição de Fe está ativado. Os resultados obtidos e as vias metabólicas discutidas neste trabalho poderão contribuir para elucidar o mecanismo de interação planta-bactéria.

Abstract: Rice is the staple food for nearly half of world's population. Improvement in the production of this cereal culture is important to attend the increasing global demand for food. Herbaspirillum spp. colonizes rice and promotes plant growth and productivity. The mechanisms underlying the interaction Herbaspirillum seropedicaeplants are not well understood and molecular factors involved remain unknown. The transcriptome of inoculated and non-inoculated rice roots (Oryza sativa L. cv. Nipponbare) with H. seropedicae was determined after 3 days by RNA-seq in a SOLiDTM platform. Mapping of 121 million reads against the O. sativa genome produced a total of 22 million of unique mapped reads, representing 13,838 expressed transcripts of rice roots with at least 2X coverage. 1019 genes were differentially regulated (p-value lower than 0.05) and 256 of these with fold change ? |2|. Among the regulated genes we observed several coding for proteins related to plant defense, such as putative probenazole inducible protein, plant disease resistance proteins and enzymes involved in flavonoid biosynthesis. All these genes were repressed in H. seropedicae inoculated rice roots. In addition, genes related to synthesis and efflux of phytosiderophores (PS) and transport of PS-iron complex were induced by bacteria. Furthermore, a transcript encoding an auxin-responsive protein was induced 2.5-fold, whereas a gene encoding 1-aminocyclopropane-1- carboxylate oxidase, that catalyses the ethylene biosynthesis, was 2.0-fold repressed. The reads were also mapped to the H. seropedicae genome and showed that genes related to nitrogen fixation, cell motility and cell wall biogenesis were expressed. The results indicate that rice defense system is repressed by the presence of the bacteria and the iron uptake system seems to be activated. The results obtained will help to elucidate the molecular factors and their roles in this plant-bacteria interaction.