Caracterização genômica (taxonomia e simbiose) e fenotípica (controle biológico de fitopatógenos) de bactérias isoladas de feijoeiro da Coleção SEMIA : revisão taxonômica da Ordem Rhizobiales (Hyphomicrobiales)

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Volpiano, Camila Gazolla
• Orientador(a): Passaglia, Luciane Maria Pereira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Bactérias fixadoras de nitrogênio; Rhizobium; Leguminosas
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/250250

A Coleção SEMIA existe oficialmente desde 1975 e é referência internacional na área de inoculantes. Essa coleção mantém mais de 1.200 estirpes de bactérias isoladas de nódulos de 171 leguminosas de importância agrícola, das quais 98 são recomendadas para o uso em inoculantes. Grande parte da Coleção SEMIA foi identificada utilizando características bioquímicas, PCR baseada em elementos repetitivos, identificações sorológicas e de planta hospedeira, e, menor número, o sequenciamento parcial do gene do 16S rRNA. Entretanto, ainda faltam informações taxonômicas das estirpes SEMIA, com base nos métodos moleculares baseados em análise de genomas aceitos atualmente. Em vista disso, o presente trabalho se propôs a i) elucidar o potencial das estirpes SEMIA para o controle biológico de fungos patogênicos e ii) resolver problemas de taxonomia dentro da Coleção SEMIA e da própria ordem Rhizobiales (Hyphomicrobiales). O capítulo I, “Rhizobia for biological control of plant diseases”, é uma revisão sobre os mecanismos empregados para a eficácia dos rizóbios no biocontrole de doenças causadas por diferentes classes de fitopatógenos. O capítulo II, intitulado “Rhizobium strains in the biological control of the phytopathogenic fungi Sclerotium (Athelia) rolfsii on the common bean” é um artigo de pesquisa que avaliou 78 isolados de feijão da coleção de cultura SEMIA para identificar agentes de biocontrole contra o fitopatógeno S. rolfsii. Demonstramos que estirpes estirpes isoladas de nódulos podem ser fortes antagonistas ao crescimento S. rolfsii e ser eficazes no controle da doença provocada pelo mesmo à campo. No Capítulo III, “Reclassification of Ochrobactrum lupini as a later heterotypic synonym of Ochrobactrum anthropi based on whole-genome sequence analysis”, demonstramos com dados filogenéticos, genômicos, fenotípicos e quimiotaxonômicos que O. lupini deve ser considerado a mesma espécie de O anthropi. O Capítulo IV, “Genomic metrics applied to Rhizobiales (Hyphomicrobiales): species reclassification, identification of unauthentic genomes and false type strains”, apresenta a taxonomia atualizada da ordem Hyphomicrobiales, com base em 270.400 comparações analisadas com um corte de 95% de ANI para extrair clusters de genoma com alta identidade através do uso da ferramenta ProKlust descrita. Esse trabalho originou uma série de propostas de reclassificações taxonômicas, além da descoberta de acessos de genoma que não era das estirpes-tipo genuínas utilizadas para as respectivas descrições de “suas espécies”, bem como casos de uso indevido do termo “estirpe-tipo” no banco de dados. No Capítulo IV, "Analysis of 95+ genomes from the common-bean branch from SEMIA collection: new genomospecies, alternative nitrogenases, horizontal gene transfer events, and unexpected genera of nodule-associated bacteria", sequenciamos os genomas de 96 estirpes SEMIA, relatando 15 clusters de genoespécies, bem como, 12 genoespécies isoladas, que surgiram de 1.322.500 comparações de ANI em pares entre as estirpes SEMIA e 1.053 genomas pertencentes a Burkholderiaceae, Comamonadaceae, Mycobacteriaceae, Rhizobiaceae, e Xanthomonadaceae. As estirpes foram identificadas como pertencentes a nove espécies diferentes de Rhizobium, Agrobacterium radiobacter, Pararhizobium giardinii, Paraburkholderia fungorum e as espécies putativas associadas a nódulos Mycobacterium monacense, Stenotrophomonas maltophilia e Variovorax guangxiensis. Cerca de um terço da coleção foi identificado como novas espécies potenciais. A análise do pangenoma das estirpes SEMIA resultou em 50.221 clusters de genes contendo 604.752 genes. A presença de genes relacionados às nitrogenases alternativas foi detectada entre representantes pertencentes a M. monacense, P. fungorum e V. guangxiens, bem como nas novas espécies putativas G11 e G9. A presença de homólogos nifH foi exclusiva para 55 estirpes pertencentes a Rhizobium. A detecção de sobreposição com sequências extracromossômicas foi encontrada apenas entre representantes de Rhizobium e P. fungorum. Vários genes de transposase foram localizados a montante e a jusante dos operons nifHDKENX e nifHDKE detectados, indicando eventos de transferência horizontal. Uma ampla distribuição filogenética foi encontrada no nível da família e um número notável (≥40) de genes transferidos putativos foram encontrados especialmente entre 12 estirpes, incluindo eventos de transferência putativos de outros domínios, como a família botânica Euphorbiaceae, Aspergillaceae e Siphoviridae. Conjuntos de genes biossintéticos putativos foram identificados. A reclassificação de mais de 25 espécies bacterianas também foi proposta com base nas comparações entre os genomas das estirpes-tipo.