Desvendando o papel de Bacillus spp. para o uso sustentável de fósforo na agriculta: da bioprospecção à análise funcional de genes

• Processo: 21/12378-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2022
• Data de Término da vigência: 29 de fevereiro de 2024
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Pesquisador responsável: Maria Carolina Quecine Verdi
• Beneficiário: Maria Carolina Quecine Verdi
• Instituição Sede: Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ). Universidade de São Paulo (USP). Piracicaba , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: José Lavres Junior ; Mateus Mondin ; Monalisa Sampaio Carneiro
• Assunto(s): Fertilizantes fosfatados Fósforo Fungos endomicorrízicos Interações planta-micro-organismos Genômica Análise de sequência de RNA CRISPR-Cas9 Sustentabilidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: CRISPR-Cas9 | fósforo | Genômica | Interação microrganismo-planta | RNAseq | Sustentabilidade | Interação Microrganismo-Planta

Resumo

O fósforo (P) é um elemento essencial para o desenvolvimento e crescimento das plantas. Em regiões tropicais, este elemento encontra se fortemente retido à matriz do solo, sendo necessários manejos mais sustentáveis do que a aplicação de altas doses de fertilizantes fosfáticos para suprir as necessidades nutricionais das plantas. Nesse contexto, linhagens de Bacillus spp. têm se destacado como solubilizadoras e mineralizadoras de P. A associação destas bactérias com fungos micorrízicos arbusculares (FMAs), sabidamente relacionados a uma maior eficiência na absorção de P pelas plantas, pode promover uma disponibilidade ainda mais significativa deste nutriente durante a interação Bacillus spp. - FMA - planta. Entretanto, estudos genéticos do processo de solubilização e mineralização de P são incipientes em Bacillus spp. e o efeito desta atividade na associação com FMAs é pouco conhecida em nível molecular. Diante desse cenário, o presente projeto visa elucidar os mecanismos de solubilização e mineralização de P por Bacillus spp. capazes de interagir com FMAs, contribuindo para o crescimento da cana-de-açúcar e milho. Bioensaios in vitro serão realizados para selecionar linhagens de Bacillus spp. com significativo perfil de solubilização e mineralização de P e que em associação com os FMA Rhizophagus intraradices otimizem a captação de P e estimulem o crescimento da cana-de-açúcar e milho. Também será investigado o efeito da inoculação de Bacillus spp. - FMA na modulação da comunidade bacteriana e fúngica associadas à cana-de-açúcar e milho, bem como verificado por metataxonômica e espectroscopia de fluorescência de raio-X qual o real efeito da inoculação e da comunidade microbiana nativa na condição de maior acumulação de P nas raízes e na rizosfera dessas culturas. Os genomas das linhagens de Bacillus spp. mais promissoras serão sequenciados visando a obtenção de um portfólio de genes chaves relacionados ao ciclo do P por essas bactérias bem como estudos de genômica comparativa. Os genes identificados como chaves em vias metabólicas da solubilização e mineralização de P serão noucateados por edição gênica utilizando-se o sistema CRISPR-Cas9. Esta etapa visa determinar o real papel desses genes na atividade de solubilização e mineralização por Bacillus spp., assim como na interação com FMAs e com cana-de-açúcar e milho. Destaca-se que, por meio do nocaute do sistema dois componentes PhoP/PhoR, e, a obtenção do transcriptoma de seus respectivos mutantes será possível obter o regulon relacionados à presença de P no ambiente em Bacillus spp. Os resultados obtidos neste trabalho que utilizará uma abordagem polifásica para desvendar o papel de Bacillus spp. no ciclo do P certamente irão permitir uma compreensão inédita dos mecanismos genéticos envolvidos na solubilização e mineralização de P, assim como um melhor entendimento ecológico na interação planta-microrganismo contribuindo assim para desenvolvimento de uma agricultura mais sustentável. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE CARVALHO, ISABELA; APAZA-CASTILLO, GLADYS ANGELICA; PAZ, ISABEL CRISTINA PADULA; GUIMARAES, ALEXANDRE MARTINS; QUECINE, MARIA CAROLINA; BONATELLI, MARIA L. L.. Draft Genome Sequence of the Plant Growth Promoter and Biocontrol Agent Bacillus velezensis Strain BIB0110. MICROBIOLOGY RESOURCE ANNOUNCEMENTS, v. 12, n. 6, p. 2-pg., 2023-05-31. (21/12378-4)