Montagem, anotação e comparação do genoma parcial da bactéria Azoarcus olearius DQS4

Abstract

Resumo: Existem na natureza bactérias capazes de transformar o nitrogênio existente no ar em amônia, um processo denominado Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN), e transferi-lá para plantas nessa forma a qual consigam utilizar. Esta associação entre plantas e bactérias é conhecida desde o início do século XX para plantas leguminosas, na qual as plantas infectadas por bactérias capazes de realizar a fixação biológica de nitrogênio desenvolvem um nódulo radicular onde o processo ocorre. Um dos maiores desafios destes últimos anos foi encontrar bactérias que realizassem fixação biológica de nitrogênio com plantas não leguminosas, principalmente gramíneas e cereais, nas quais não há formação de nódulo. Bactérias isoladas do gênero Azoarcus possuem a capacidade de realizar esta associação com plantas além de promoverem o crescimento vegetal. Em 2013, foi publicada a descoberta de uma nova bactéria do gênero Azoarcus, denominada Azoarcus olearius estirpe DQS4. Esta publicação despertou o interesse no estudo da biologia desta bactéria. Para tanto foi realizado o sequenciamento de seu genoma e posterior montagem, anotação e comparação com as demais bactérias do gênero Azoarcus. O genoma do A. olearius DQS4 é formado por um cromossomo circular de 4,45 Mb distribuídos em 4.067 genes codificados. O cálculo de sua identidade média nucleotídea mostrou 99% de identidade com o Azoarcus sp. BH72, 82,64% com o Azoarcus sp. KH32, 82,45% com o Azoarcus sp. EbN1 e 82,79% com Azoarcus toluclasticus. As análises de sintenía genômica também mostraram uma alta relação com o genoma de Azoarcus sp. BH72. Os genes necessários para a fixação de nitrogênio foram encontrados no genoma de A. olearius DQS4 e apresentaram alta similaridade com genes envolvidos na fixação de nitrogênio em Azoarcus sp. BH72. Esta alta similariedade entre o A. olearius DQS4 e o Azoarcus sp. BH72 sugere que estas duas bactérias podem ser categorizadas como diferentes estirpes dentro da mesma espécie. Palavras-chave: Azoarcus olearius DQS4, Sequenciamento genômico, Fixação biológica de nitrogênio, comparação, Azoarcus sp. BH72.

Abstract: There are bacterias in nature capable of transforming the atmospheric nitrogen into ammonia, a process called Nitrogen Biological Fixation (NFB), allowing plants to use it. This association between plants and bacteria has been known since the early of twenty century for legumes, which plants infected by bacteria capable of performing biological nitrogen fixation developed a root nodule where the process occurs. One of the biggest challenges has been looking for the bacteria that perform biological nitrogen fixation with non-legumes, mainly grasses and cereal plants whitout nodulation. Bacteria from Azoarcus genus, that have the ability to perform this association with plants and to promote plant growth, where isolated. In 2013, the discovery of a new species of the Azoarcus genus, Azoarcus olearius strain DQS4 was published. Due to the importance of Azoarcus genus, the genome of A. olearius DQS4 was sequenced, assembled, annotated and compared with other bacteria of the Azoarcus genus. The A. olearius DQS4 has one circular chromosome of 4,45 Mb distributed in 4,067 encoded genes. Determination of the average nucleotide identity showed 99% of identity with Azoarcus sp. BH72, 82,64% with Azoarcus sp. KH32, 82,45% with Azoarcus sp. EbN1 and 82,79% to Azoarcus toluclasticus. Genome dotplot analysis also showed a high sinteny with Azoarcus sp. BH72. The genes required for nitrogen fixation were found in A. olearius DQS4 and are closely related to nitrogen-fixing genes of Azoarcus sp. BH72. This high similarity between A.olearius DQS4 and Azoarcus sp. BH72 suggested that these two bacteria might be categorized as different strains of the same species. Key-words: Azoarcus olearius DQS4, Genome sequencing, Nitrogen Biological Fixation, comparison, Azoarcus sp. BH72.