Determinação de genes envolvidos na interação de Herbaspirillum rubrisubalbicans com Sorghum bicolor

Abstract

Resumo: Herbaspirillum rubrisubalbicans M1 é um fitopatógeno leve diazotrófico capaz de se associar e promover o crescimento vegetal em diversas gramíneas de interesse econômico. A interação planta-bactéria é um processo complexo e envolve diversas estruturas macromoleculares, como: flagelos, pilus, biofilme e sistemas de secreção. Uma das estruturas menos compreendidas desse processo é o sistema de secreção tipo VI (T6SS). O T6SS está diretamente relacionado com a comunicação entre a célula e o ambiente, pode exercer efeitos patogênicos ou mesmo facilitar a colonização e a simbiose, mediando a especificidade na interação com a bactéria. Para compreender melhor as estruturas e genes envolvidos na interação plantabactéria de H. rubrisubalbicans M1, genes relacionados com a interação de H. rubrisubalbicans M1 com Sorghum bicolor foram selecionados a partir de estudos prévios e foram selecionados genes com expressão gênica diferencial positiva para a adesão (dia 0) e colonização epifítica nos dias 1 e 3. A partir dessa análise foram construídas 30 mutantes através da interrupção do gene selvagem com cassete de resistência a Canamicina e foram avaliados quanto aos fenótipos relacionados com a interação planta-bactéria: Perfis de colonização, Perfis de geração de sinais da estria vermelha em cultivares susceptíveis de Sorghum bicolor, ensaios de motilidade, perfil de formação de biofilme e ensaios de competição durante a colonização das raízes do sorgo. Os resultados mostram envolvimento claro de um transportador tipo ABC de açúcares (gene Hrubri_0835) e das proteínas efetoras Hcp e VgrG dos sistemas de secreção tipo VI, com maior envolvimento do cluster-II na interação planta-bactéria. Os resultados ainda sugerem que o cluster-II do T6SS está relacionado com a interação planta-bactéria e que o Hcp do H. rubrisubalbicans está diretamente relacionado com a estria vermelha do sorgo, seja mediando diretamente a doença ou carreando a proteína efetora relacionada com o processo-doença.

Abstract: Herbaspirillum rubrisubalbicans M1 is a diazotrophic mild pathogen capable to associate and to promote plant growth to several types of grasses of economic interest. Plant-bacterium interactions are a complex process involving several macromolecular structures such as flagella, pili, biofilm, and secretion systems. One of the least understood structures of this process is the type VI section system (T6SS). The T6SS is directly related to the communication between the cell and the environment, it can exert pathogenic effects or even facilitate colonization and symbiosis, mediating specificity in the interaction with the bacteria. To better understand the structures and genes involved in the plant-bacterium interaction of H. rubrisubalbicans M1, genes related to the interaction of H. rubrisubalbicans M1 with Sorghum bicolor were selected from previous studies, and the genes with positive differential gene expression were selected for the adhesion (day 0) and epiphytic colonization on days 1 and 3. From this analysis we built 30 mutants by interrupting the wildtype gene with kanamycin resistance cassette and evaluated them for phenotypes related to plant-bacteria interaction: colonization profiles, generations of red stripe disease signals in a susceptible cultivar of Sorghum bicolor, motility tests, biofilm formation profile and competition tests during the colonization of sorghum roots. Our results show a clear involvement of an ABC transporter of sugars (Hrubri_0835 gene) and of the Hcp and VgrG effector proteins of type VI secretion systems, with greater involvement of cluster- II in the plant-bacterium interaction. The results suggest that T6SS cluster-II is related to the plant-bacteria interaction and that the hcp of H. rubrisubalbicans M1 is directly related to the red stripe disease in sorghum, either directly mediating the disease or carrying the effector protein related to the disease process.