Diversidade e análise de bactérias nodulantes de mimosa spp. no estado do Paraná e Santa Catarina

Abstract

Resumo: Microrganismos diazotróficos são responsáveis pela maior parte da assimilação de nitrogênio nos ecossistemas, reduzindo nitrogênio a amônio por meio da fixação biológica do nitrogênio (FBN). Por ser um grupo polifilético, são encontrados entre vários taxa de arqueias e bactérias, dentre elas, Alfa e Betaproteobactérias, capazes de interagir simbioticamente com a família das leguminosas (Fabaceae), sendo chamadas de alfa-rizóbios e beta-rizóbios, respectivamente. Beta-rizóbios estão majoritariamente restritos a interações com o gênero Mimosa, um legume arbóreo nativo das américas do Sul e Central, com espécies endêmicas no Brasil. Apenas um terço dos legumes conhecidos tem suas bactérias simbiontes descritas e, assim, a detecção e o estudos de novos simbiontes se vê extremamente necessárias para que a taxonomia destes microrganismos seja esclarecida. A identificação e caracterização de novas espécies de rizóbios é um ponto chave para entender a diversidade existente de procariotos capazes de interagir simbioticamente com legumes. Sendo assim, betaproteobactérias foram isoladas de nódulos de Mimosa spp. amostradas nos estados do Paraná e Santa Catarina, na região sul brasileira. Um total de 189 isolados foram amostrados de nódulos de 20 diferentes espécies de Mimosa. A identificação taxonômica dos isolados a partir de sequências do gene 16S rRNA mostrou a presença dos gêneros Rhizobium, Bradyrhizobium, Herbaspirillum, Cupriavidus e Paraburkholderia. O agrupamento dos isolados a partir das sequências também demonstrou que 5% dos grupos foram formados apenas por isolados e não puderam ser identificados taxonomicamente por comparação com espécies referência, sendo consideradas potenciais novas espécies dos gêneros Paraburkholderia e Cupriavidus. Para confirmação das novas espécies, análises de diversidade, taxonomia polifásica e ensaios de nodulação foram realizadas, além da submissão do DNA genômico dos isolados para sequenciamento, buscando uma análise taxonômica de maior resolução a partir da sequência genômica total e de genes marcadores essenciais. Como resultado, três novas espécies de beta-rizóbios puderam ser confirmadas, pertencentes ao gênero Paraburkholderia. Paraburkholderia spA, Paraburkholderia spC e Paraburkholderia spD são aqui propostas e descritas genética e fenotipicamente, e caracterizadas como novas espécies de betaproteobactérias nodulantes de espécies de Mimosa amostradas no Paraná e Santa Catarina.

Abstract: Diazotrophic microorganisms are responsible for most of the nitrogen assimilation in ecosystems, reducing nitrogen to ammonium through biological nitrogen fixation (BNF). As a polyphyletic group, they are found among several taxa of archaea and bacteria, and among them, Alpha and Betaproteobacteria, capable of symbiotically interacting with the legume family (Fabaceae), being called alpha-rhizobia and betarhizobia, respectively. Beta-rhizobia are mostly restricted to interactions with the genus Mimosa, a legume native to South and Central America, with endemic species in Brazil. Only a third of the known legumes have their symbiotic bacteria described and, thus, the detection and study of new symbionts is extremely necessary for the taxonomy of these microorganisms to be clarified. Identification and characterization of new species of rhizobia is a key point to understand the existing diversity of prokaryotes capable of symbiotically interacting with these plants. Therefore, betaproteobacteria were isolated from Mimosa spp. sampled in the states of Paraná and Santa Catarina, in the southern region of Brazil. A total of 189 isolates were sampled from nodules of 20 different species of Mimosa. The taxonomic identification of the isolates trough 16S rRNA gene sequences showed the presence of the genera Rhizobium, Bradyrhizobium, Herbaspirillum, Cupriavidus and Paraburkholderia. The clustering of isolates from the sequences also showed that 5% of the groups were formed by only isolates and could not be taxonomically identified by comparison with reference species, being considered potential new species of the genera Paraburkholderia and Cupriavidus. To confirm the new species, diversity analysis, polyphasic taxonomy and nodulation assays were performed, in addition to the submission of genomic DNA of the isolates for sequencing, seeking a higher taxonomic resolution from the total genomic sequence and essential marker genes. As a result, three new species of beta-rhizobia could be confirmed, belonging to the genus Paraburkholderia. Paraburkholderia spA, Paraburkholderia spC and Paraburkholderia spD are here proposed and described genetically and phenotypically and characterized as new species of nodulating betaproteobacteria from Mimosa species sampled in Paraná and Santa Catarina.