Caracterização do pili tipo IV de H. seropedicae SmR1 e H. rubrisubalbicans M1

Abstract

Resumo: Herbaspirillum seropedicae SmR1 e Herbaspirillum rubrisubalbicans M1 são bactérias diazotróficas que se associam de maneira benéfica ou fitopatogênica à gramíneas de interesse comercial. Os mecanismos moleculares pelos quais a interação entre Herbaspirillum-planta é viabilizada, estão cada vez mais elucidados, no entanto, ainda há muito para ser respondido. Evidências em outros gêneros e espécies de bactérias capazes de interagir com plantas, tem mostrado que o pili do tipo IV (T4P), uma estrutura fina e alongada, composta de subunidades da proteína pilina, está envolvido na interação com a planta hospedeira. O T4P também exerce papel sobre tipos específicos de motilidade, denominados twitching e swarming motility, além de desempenharem participação sobre a formação de biofilme em superfícies abióticas e bióticas. Assim, este trabalho tem o intuito de caracterizar a estrutura e função do T4P em Herbaspirillum spp. Para isso, genes do T4P tiveram a expressão relativa avaliada através da RT- qPCR e estirpes mutantes foram obtidas para 5 dos 29 genes homólogos ao T4P em H. seropedicae SmR1 e para mais 4 genes em H. rubrisubalbicans M1. Herbaspirillum spp. expressa os genes pilA, pilT1 e pilT2 quando aderido ao milho e as estirpes mutantes para os mesmos genes e, para o gene pilN, indicam que há diferenças no momento da colonização. Também foram observadas diferenças na formação do biofilme e nas motilidades swimming e swarming. Uma análise de microscopia de transmissão revelou estruturas muito semelhantes ao T4P, tanto na estirpe selvagem de H. seropedicae SmR1, quanto na estirpe mutante, SmR1DeltapilT2. Observamos que esse mutante também produz a proteína flagelina em maior quantidade (unidade protéica do flagelo) e que provavelmente, por este motivo, consiga se mover mais que a estirpe selvagem. Assim, os genes do T4P aqui avaliados, quando transcritos e traduzidos, geram proteínas que executam papéis importantes no meio que estão, possibilitando ao Herbaspirillum spp. sucesso no estabelecimento com seus hospedeiros.

Abstract: Herbaspirillum seropedicae SmR1 and Herbaspirillum rubrisubalbicans M1 are diazotrophic bacteria that associate in a beneficial or phytopathogenic manner to grasses of commercial interest. The molecular mechanisms through which the interaction between Herbaspirillum-plant is feasible, are increasingly elucidated, however, there is still much to be answered. Evidence in other genera and species of bacteria capable of interacting with plants has shown that type IV pili (T4P), a thin, elongated structure composed of pilin protein subunits, is involved in the interaction with the host plant. T4P also plays a role in specific motility types, called twitching and swarming motility, and plays a role in biofilm formation on abiotic and biotic surfaces. Thus, this work intends to characterize the structure and function of T4P in Herbaspirillum spp. For this, T4P genes had the relative expression evaluated through RT-qPCR and mutant strains were obtained for 5 of the 29 T4P homologous genes in H. seropedicae SmR1 and for another 4 genes in H. rubrisubalbicans M1. Herbaspirillum spp. expresses the pilA, pilT1 and pilT2 genes when adhered to maize and the mutant strains for the same genes and, for the pilN gene, indicate that there are differences at the time of colonization. Differences in biofilm formation and swimming and swarming motility were also observed. Transmission electron microscopy analysis revealed structures very similar to T4P, both in the wild-type H. seropedicae SmR1 strain, and in the mutant strain, SmR1DeltapilT2. We observed that this mutant also produces the flagellin protein in greater quantity (protein unit of the flagellum) and that probably, for this reason, can move more than the wild strain. Thus, the T4P genes evaluated here, when transcribed and translated, generate proteins that perform important roles in the medium they are, enabling Herbaspirillum spp. success with their hosts.