Elementos integrativos e conjugativos em bactérias fitopatogênicas de impacto econômico e científico - Assis, Jéssica Catarine Silva (2021)
Bactérias fitopatogênicas causam diversos danos às plantações no mundo todo, gerando grandes prejuízos econômicos. Muitas dessas bactérias possuem uma alta variabilidade genética, genes que codificam diferentes fatores de virulência e resistência à antimicrobianos, que dificultam seu controle. Esses genes podem se espalhar na população por meio da transferência horizontal de genes (THG). Dentre os mecanismos de THG, a conjugação mediada por elementos genéticos móveis auto-transmissíveis, como os elementos integrativos e conjugativos (da sigla em inglês, ICEs = Integrative and Conjugative Elements), tem se mostrado altamente eficiente para a transferência de genes entre as bactérias. Esses elementos permanecem integrados no cromossomo das células bacterianas e possuem estrutura modular, carregando genes responsáveis pela sua integração e excisão do genoma, sua conjugação para novas células, a regulação e genes acessórios capazes de conferir novos fenótipos ao hospedeiro. Neste trabalho, buscou-se conhecer a presença, distribuição e potencial impacto evolutivo desses elementos nas dez espécies de bactérias fitopatogênicas consideradas de maior impacto científico e econômico: Pseudomonas syringae, Ralstonia solanacearum, Agrobacterium tumefaciens, Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xanthomonas campestris, Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, Erwinia amylovora, Xylella fastidiosa, Dickeya (dadantii e solani), Pectobacterium (carotovorum e atrosepticum). Dessa maneira, foi feita uma busca em 300 genomas completos dessas bactérias para a identificação e caracterização dos ICEs. Foram identificados e caracterizados os módulos de integração/excisão, conjugação e manutenção dos ICEs e os genes acessórios com função putativa em virulência, resistência ou adaptação das bactérias. No total foram encontrados 78 ICEs, sendo 45 elementos diferentes e, entre estes, 31 novos ICEs, identificados nos genomas de A. tumefaciens (4 ICEs), D. dadantii and solani (3), P. carotovorum and atrosepticum (6), P. syringae (20), R. solanacearum species complex (7), X. campestris (2), e X. fastidiosa (3), com tamanho variando entre 40 kb (ICEDd.2) a 161 kb (ICEPs.10). No entanto, dentre as bactérias investigadas não foram encontrados ICEs em genomas de X. oryzae, E. carotovora e X. campestris. Os métodos de análise empregados permitiram relatar pela primeira vez a coocorrência de quatro ICEs dentro de um cromossomo em genomas de P. syringae, além da identificação do elemento ICEDs.1 em todos os genomas de Dickeya solani analisados podendo indicar uma aquisição ancestral desse elemento por essa espécie. Obteve-se uma evidência de ICEs promovendo THG entre espécies diferentes a partir da identificação do ICEPc.2 em isolados de P. carotovorum e S. plymuthica. Análises comparativas demonstraram que os ICEs compartilham principalmente os módulos de integração e conjugação. Foram caracterizados 396 genes acessórios carregados pelos elementos, sendo que a maioria dos ICEs foram encontrados carregando genes acessórios que podem influenciar na virulência das bactérias hospedeiras, além de adaptação ou resistência a antibióticos e metais pesados. Os fatores de virulência mais encontrados foram genes relacionados ao sistema de secreção tipo III (T3SS). Por fim, análises de dados de RNAseq do isolado SCRI1043 de P. atrosepticum mostraram a expressão de genes acessórios relacionados a virulência durante o processo de infecção de plantas de tabaco, carregados pelos elementos ICEPa.1 e ICEPa.2. Esses resultados proporcionam uma visão inicial da interessante relação entre bactérias fitopatogênicas e ICEs, tendo em vista que esses elementos possuem potencial para influenciar na patogenicidade e adaptabilidade de fitobactérias ao seu hospedeiro. Além disso, nossos achados direcionam e abrem caminho para futuros estudos experimentais de ICEs em genomas de fitopatógenos, permitindo um aprofundamento do conhecimento sobre esses elementos intrigantes. Palavras-chave: Elementos genéticos móveis auto-transmissíveis. Transferência horizontal de genes. Fitopatógenos. Virulência. Adaptação