Construção de uma comunidade sintética bacteriana promotora do crescimento vegetal oriunda do microbioma da cana-de-açúcar

Autor(es)

Jaderson Silveira Leite Armanhi

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2018-08-20

Membros da banca

Paulo Arruda; Alessandra Alves de Souza; Siu Mui Tsai; Elíbio Leopoldo Rech Filho; Daniel Guariz Pinheiro

• Orientador: Paulo Arruda

Resumo

As comunidades microbianas associadas às plantas podem promover o crescimento e desenvolvimento vegetal por diversos mecanismos, como produção de fitormômios, repressão de patógenos, resistência a estresses e captação de nutrientes. Cultivar esses micro-organismos benéficos é um passo essencial para a compreensão desses mecanismos. No entanto, metodologias tradicionais de cultivo e isolamento microbiano são comumente baseadas no screening de micro-organismos com atividades de promoção de crescimento já conhecidas ou de grupos filogenéticos específicos. Por esse motivo, embora essas abordagens tenham contribuído para o entendimento de atividades microbianas já amplamente estudadas, tendem a limitar a descoberta de novas funções essenciais na interação micro-organismo¿planta. Além disso, como esses métodos se baseiam exclusivamente em culturas axênicas, são laboriosos, custosos e podem resultar em perdas de informações biológicas relevantes devido a dependências mútuas estritas entre micro-organismos. Em cana-de-açúcar, nas últimas décadas, grandes esforços têm sido realizados no estudo de comunidades bacterianas diazotróficas. Mais recentemente, nosso grupo de pesquisa mostrou a existência de inúmeros outros grupos microbianos altamente abundantes em associação com a cana-de-açúcar e nunca investigados quanto às suas funções em plantas. Aqui descrevemos novas abordagens para o screening, seleção e validação de micro-organismos benéficos às plantas com base em um contexto ecológico, como abundância relativa e dinâmica de colonização, independente de classificação taxonômica ou funções pré selecionadas. Em um primeiro momento, desenvolvemos uma estratégia denominada "coleção de cultura baseada em comunidade" (CBC) a partir da seleção de colônias contendo um ou múltiplos micro-organismos. O racional consiste em contornar os impasses das técnicas tradicionais, reduzir o trabalho de isolamento de culturas puras e permitir que comunidades naturais sejam armazenadas. Desenvolvemos um método multiplex de sequenciamento de amplificados do gene do RNA ribossômico 16S para identificação em larga escala da composição de bactérias de cada comunidade armazenada. Então, descrevemos um pipeline de bioinformática para referenciar as bactérias armazenadas à diversidade bacteriana associada à cana-de-açúcar, com o propósito de construir uma comunidade sintética composta exclusivamente por bactérias altamente abundantes na planta. Por fim, a comunidade sintética bacteriana foi validada quanto à sua habilidade de promoção do crescimento vegetal através de ensaios de inoculação em uma planta modelo. Aplicamos esses procedimentos para explorar bactérias benéficas em associação com a cana de açúcar, já que a maioria delas ainda é pouco estudada. Criamos uma CBC a partir do isolamento de 5.137 colônias microbianas oriundas da raiz e colmos de cana-de-açúcar. Após o sequenciamento e cruzamento dos dados, verificamos que recuperamos grupos de bactérias que representam 15,9% e 61,6¬¿65,3% do microbioma da rizosfera e da porção endofítica dos colmos, respectivamente. Desenhamos uma comunidade sintética, composta por grupos de bactérias abundantes na cana-de-açúcar, inoculada em plantas de milho. Ensaios de inoculação mostraram que membros da comunidade sintética bacteriana colonizaram eficientemente os órgãos da planta, deslocaram sua microbiota natural e dominaram 53,9% da abundância bacteriana da rizosfera. Além disso, plantas inoculadas aumentaram 3,4 vezes em biomassa. Em conjunto, os resultados apresentados neste trabalho compreendem métodos inovadores aplicáveis ao isolamento e identificação de micro-organismos em larga escala, além do conceito do desenho de comunidades microbianas sintéticas baseadas no perfil do microbioma vegetal para para o acesso a micro organismos benéficos às plantas (AU)

• Processo FAPESP: 16/04322-0 - Identificação de relações microrganismo/microrganismo e microrganismo/planta à promoção do crescimento vegetal a partir de uma coleção de bactérias representativa do microbioma da cana-de-açúcar
• Beneficiário: Jaderson Silveira Leite Armanhi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto