Caracterização funcional dos produtos dos genes Hsero_3507 e Hsero_3508 pertencentes a sistemas de dois componentes em Herbaspirillum seropedicae SmR1

Abstract

Resumo: Os organismos vivos alteram a expressão de seus genes em resposta a modificações ambientais por meio de mecanismos que incluem sistemas de transdução de sinais. Um número significativo de proteínas desses sistemas não estão caracterizadas, o que aumenta a lacuna da nossa compreensão sobre função e mecanismos de sinalização ainda não conhecidos em microrganismos não modelo, como Herbaspirillum seropedicae. H. seropedicae um microrganismo de relevância à agricultura, como promotora de crescimento vegetal de diversas culturas importantes do ponto de vista econômico como, arroz, milho, cana de açúcar e sorgo. Estudos genômicos revelaram um potencial sistema de dois componentes contendo a histidina quinase Hsero_3508 e o regulador de resposta Hsero_3507. Análises do transcriptoma de H. seropedicae relataram a co-expressão dos genes Hsero_3507 e Hsero_3508 em variadas condições de crescimento, inclusive durante a interação planta-bactéria. Neste contexto, este estudo teve o objetivo de caracterizar funcionalmente os produtos dos genes Hsero_3507 e Hsero_3508 em H. seropedicae SmR1. Análises in silico revelaram que Hsero_3507 possui um domínio REC solitário, enquanto Hsero_3508 apresenta domínios sensoriais (BaeS e RbsRD) e catalíticos (HATPase_c). Ensaios de expressão em E. coli BL21(DE3) confirmaram a produção das proteínas, purificadas por cromatografia de afinidade. A interação direta entre Hsero_3507 e Hsero_3508 não foi detectada in vitro por ensaios pull down, sugerindo dependência de condições específicas. Experimentos com extratos celulares de H. seropedicae identificaram parceiros de interação para Hsero_3507, incluindo a fosfatase CheZ (quimiotaxia) e proteínas de estresse geral e transporte de nitrato, indicando seu papel na regulação de processos adaptativos. Ensaios de atividade nitrogenase demonstraram que as estirpes mutantes Hsero_3507Tn e Hsero_3508Tn mantêm capacidade de fixação de N2 não sendo essenciais para a fixação biológica do nitrogênio nesse microrganismo, no entanto, alterações fenotípicas sugerem envolvimento em motilidade e resposta ao estresse. Resultados de ensaios de [Beta]-galactosidase verificaram que a expressão do promotor do gene Hsero_3507 e Hsero_3508 em H. seropedicae SmR1 são ativados em condição de limitação de nitrogênio no meio de cultivo. Conclui-se que Hsero_3507 possa atuar como integrador de sinais ambientais, modulando respostas póstraducionais, enquanto Hsero_3508 possa funcionar como sensor de estresse ambiental

Abstract: Living organisms alter their gene expression in response to environmental changes through mechanisms that include signal transduction systems. A significant number of proteins from these systems remain uncharacterized, widening our understanding of the function and signaling mechanisms still unknown in non-model microorganisms, such as Herbaspirillum seropedicae. H. seropedicae is a microorganism of agricultural relevance, promoting plant growth in several economically important crops, such as rice, corn, sugarcane, and sorghum. Genomic studies have revealed a potential two-component system containing the histidine kinase Hsero_3508 and the response regulator Hsero_3507. Transcriptome analyses of H. seropedicae reported the coexpression of the Hsero_3507 and Hsero_3508 genes under various growth conditions, including during plant-bacteria interactions. In this context, this study aimed to functionally characterize the products of the Hsero_3507 and Hsero_3508 genes in H. seropedicae SmR1. In silico analyses revealed that Hsero_3507 possesses a solitary REC domain, while Hsero_3508 presents sensory (BaeS and RbsRD) and catalytic (HATPase_c) domains. Expression assays in E. coli BL21(DE3) confirmed the production of the proteins, which were purified by affinity chromatography. Direct interaction between Hsero_3507 and Hsero_3508 was not detected in vitro by pull-down assays, suggesting dependence on specific conditions. Experiments with H. seropedicae cell extracts identified interacting partners for Hsero_3507, including the phosphatase CheZ (chemotaxis) and general stress and nitrate transport proteins, indicating its role in the regulation of adaptive processes. Nitrogenase activity assays demonstrated that the mutant strains Hsero_3507Tn and Hsero_3508Tn maintain N2 fixation capacity, although they are not essential for biological nitrogen fixation in this microorganism. However, phenotypic alterations suggest involvement in motility and stress response. Results of [Beta]-galactosidase assays verified that the expression of the Hsero_3507 and Hsero_3508 gene promoters in H. seropedicae SmR1 are activated under nitrogen-limited conditions in the culture medium. We conclude that Hsero_3507 may act as an integrator of environmental signals, modulating post-translational responses, while Hsero_3508 may function as an environmental stress sensor