Estudo de associação de genômica ampla de interação entre Bacillus pumilus TUAT-1 e Arabidopsis thaliana

Abstract

Resumo: A bactéria promotora do crescimento vegetal (PGPB) Bacillus pumilus é uma fixadora de nitrogênico e produtora de giberelinas que aumenta o conteúdo de nitrogênio e a superfície e comprimento da parte aérea de plantas. Além disso, esta bactéria é capaz de melhorar o crescimento das plantas sob condições de estresse por seca e salinidade. A estirpe TUAT-1 pode aumentar as raízes e a biomassa de arroz e o conteúdo de nitrogênio e clorofila. Neste estudo, através do estudo de associação de genômica ampla (GWAS), nós avaliamos a interação entre TUAT-1 e Arabidopsis thaliana. Para este objetivo, 288 ecótipos de A. thaliana foram triados para parâmetros de arquitetura da raiz: comprimento de raiz principal, números de raízes laterais, zona ramificada, comprimento total de raiz e comprimento de raiz lateral. Vários ecótipos foram significativamente afetados pela inoculação com TUAT-1, enquanto alguns ecótipos responderam positivamente para o crescimento, alguns deles mostraram inibição do crescimento da raiz pela inoculação. Além disso, alguns ecótipos não responderam à inoculação por esta PGPB. Estes resultados mostram a especificidade estirpe-ecótipo da interação planta-bactéria. As análises do GWAS revelaram SNPs significantes em todos os parâmetros avaliados, levando a identificação de diversos genes. Os genes candidatos selecionados são altamente associados à interação entre TUAT-1 e A. thaliana e à promoção do crescimento. Neste trabalho, nós mostramos que alguns dos parâmetros de raiz se devem a traços genéticos separáveis associados a promoção do crescimento da planta. Neste estudo, nós validamos genes de interação e promoção do crescimento previamente reportados e encontramos genes potencialmente envolvidos nestes mecanismos. Nós sugerimos que a interação planta-bactéria e a promoção do crescimento são características quantitativas e multigênicas. Este conhecimento expande o nosso entendimento dos mecanismos funcionais que direcionam a promoção do crescimento vegetal por PGPB.

Abstract: The plant growth promoting bacterium (PGPB) Bacillus pumilus is a nitrogen fixer and a gibberellin producer that increases the nitrogen content and shoot length and surface in plants. In addition, this PGPB has the capability of improving plant growth under drought and saline conditions. The strain TUAT-1 can increase rice's roots and biomass and the content of nitrogen and chlorophyll. In this study, through genome-wide association study (GWAS), we evaluated the interaction between TUAT-1 and Arabidopsis thaliana. In order to do that, 288 A. thaliana accessions were screened for root architecture traits: main root length (MRL), number of lateral roots (NLR), branched zone (BZ), total root length (TRL) and lateral root length (LRL). Several ecotypes were significantly affected by TUAT-1 inoculation, while some of the ecotypes responded positively for growth. A few ecotypes showed inhibition of root growth upon inoculation. Besides that, some of the ecotypes did not respond to the PGPB inoculation. These results showed the strain-genotype specificity of the plant-bacteria interaction. GWAS analysis revealed significant SNPs in all the traits evaluated, leading to the identification of several genes. The candidate genes selected were very likely associated with the interaction between TUAT-1 and Arabidopsis and the plant growth promotion. Here, we show that some of the root architecture characteristics are genetic separable traits associated with the plant growth. In this study, we validated previous reported Bacillus spp. and its plant interaction and growth promotion genes and highlight the potential genes involved in these mechanisms. We suggest that plant-bacteria interaction and the plant growth promotion are quantitative and multigene traits. This knowledge expands our understanding of the functional mechanisms driving the plant growth promotion by PGPB.