Investigação de fatores moleculares que controlam a resposta ao estresse em Herbaspirillum seropedicae e suas contribuições para o processo de colonização em plantas

Abstract

Resumo: Herbaspirillum seropedicae é uma bactéria diazotrófica, endofítica, promotora de crescimento vegetal, considerada um modelo de endófito destacável pela sua capacidade de colonizar espécies de interesse econômico como sorgo, milho, arroz e cana-de-açúcar. H. seropedicae coloniza tecidos internos da raiz de plantas e promove seu crescimento através da fixação biológica de nitrogênio, da produção de fitohormônios, entre outros mecanismos utilizados pelas bactérias promotoras de crescimento vegetal (PGPR). A capacidade que um microrganismo tem de se associar às plantas e realizar a promoção de crescimento requer uma série de elementos genéticos que em conjunto são denominados de "traços de colonização". Durante o processo inicial, respostas rápidas a partir de uma modulação gênica eficaz são extremamente importantes pois as PGPR estão submetidas a diferentes tipos de estresse bióticos e abióticos no solo e nas plantas. Nesse sentido, o fator sigma RpoS tem se mostrado importante pelo seu papel na regulação de genes associados à resposta ao estresse. Neste trabalho demonstrou-se que o mutante ArpoS de H. seropedicae é sensível à exposição a 42°C A análise comparativa do perfil transcriptômico entre o mutante ArpoS e a estirpe parental SmR1 durante a fase estacionária e quando submetidos a choque térmico mostrou que a deleção do gene rpoS provocou alterações no nível de expressão de genes envolvidos na motilidade, quimiotaxia, mecanismos de reparação do DNA, fosforilação oxidativa e capacidade de utilizar fontes de carbono alternativas que explicariam o fenótipo sensível ao calor. Adicionalmente, visando realizar a avaliação do desempenho desse e de outros mutantes de H. seropedicae SmR1 em ensaios de colonização e competição em plantas, foram construídos plasmídeos para a integração genômica direcionada contendo genes repórteres que expressam as proteínas fluorescentes superfolder GFP e dsRED. Os estudos preliminares mostraram a estabilidade das construções em condições não seletivas, poucas alterações no perfil metabólico das estirpes e a capacidade de serem utilizadas também durante ensaios in vitro e in vivo. Portanto, os plasmídeos construídos servem como ferramenta para a marcação fluorescente direcionada de H. seropedicae.

Abstract: Herbaspirillum seropedicae is a diazotrophic, endophytic, plant-growth promoting bacteria considered a distinctive endophytic model by its ability to colonize economically important crops such as sorghum, corn, rice, and sugar cane. H. seropedicae colonizes the internal tissues of these plants and promotes their growth through biological nitrogen fixation, phytohormone production and many other mechanisms employed by plant growth-promoting bacteria (PGPR). The ability of bacteria to associate symbiotically and promote plant growth demands the presence of several genetic elements known as "colonization traits". During the first stages of colonization, bacteria execute quick responses throughout a genetically efficient modulation to overcome the effect of several biotic and abiotic stress conditions in the soil and inside plants. Therefore, studies on the RpoS sigma factor in bacteria are interesting because of its role as the "master regulator of the general stress response". In this work, we demonstrated that the ArpoS mutant of H. seropedicae SmR1 is sensitive upon exposure to 42°C thermal shock. The comparative transcriptomic profile between ArpoS mutant and parental strain SmR1 at the onset of the stationary phase and during thermal shock revealed that deletion of the rpoS gene led to changes in the expression profile of several genes involved in motility, chemotaxis, DNA repair mechanisms, oxidative phosphorylation, and the ability to metabolize alternative carbon source; these alterations combined can explain the heat-sensitive phenotype of the mutant strain. Also, aiming to study this and several other mutants of the SmR1 strain on colonization and competition assays, we developed a plasmid tool for site-directed genomic integration containing fluorescent proteins superfolder GFP or dsRED. Preliminary results showed that these constructions were highly stable upon no selective pressure, have few alterations on the metabolic profile of the strains and can be employed for in vitro and in vivo assays. Therefore, the constructed plasmids constitute a promising tool for directed fluorescent tagging of H. seropedicae.