Desvendando o papel de bactérias promotoras de crescimento em plantas no recrutamento do microbioma da rizosfera do milho

Autor(es)

Jessica Aparecida Ferrarezi

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALA/BC)
• Data de defesa: 2024-04-02

Membros da banca

Maria Carolina Quecine Verdi; Welington Luiz de Araujo; Simone Raposo Cotta

• Orientador: Maria Carolina Quecine Verdi

Resumo

Associações benéficas entre plantas e microrganismos têm sido amplamente exploradas com a finalidade de compreender os mecanismos envolvidos nessa interação, a fim de aplicá-los no desenvolvimento de inoculantes em sistemas agrícolas visando à sustentabilidade e redução do uso de insumos químicos. As bactérias promotoras de crescimento de plantas (BPCPs) têm sido apontadas como alternativas ao uso de fertilizantes minerais para diversas culturas. As linhagens Azospirillum brasilense Ab-V5 e Bacillus thuringiensis RZ2MS9 têm mostrado substancial efeito na promoção do crescimento vegetal de diversas culturas, e por isso são chamadas BPCPs. No entanto, a falta de entendimento de forma holística sobre interação BPCPs-planta-microbioma nativo do solo pode levar à inconsistência de seus efeitos em condições de campo. Recentes teorias ecológicas apontam que o microbioma de plantas se organiza em conglomerados contendo espécies-chave (keystone species) e recrutados (helpers). Essas redes microbianas são fortemente conectadas, moduladas molecularmente e podem influenciar o metabolismo e fisiologia das plantas às quais se associam. A modulação molecular dessa associação pode ser acessada com o avanço de tecnologias de sequenciamento em larga escala (high throughput) e de fenotipagem de alto rendimento. Atualmente, é possível acessar informações sobre a comunidade de bactérias associadas às plantas (incluindo as não-cultiváveis), correlacionar com os principais fatores de modulação da microbiota e com as respostas fisiológicas do vegetal sob influência dos bioestimulantes. Assim, por meio de dados de metataxonômica, metagenômica e fenômica de plantas, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar a comunidade microbiana associada a milho sob influência de potenciais keystones A. brasilense Ab-V5 e B. thuringiensis RZ2MS9. A abordagem inédita por meio da integração das ômicas e uma visão holística de complexo sistema inoculantes-planta-microbioma foi crucial para apoiar o desenvolvimento de uma comunidade bacteriana sintética (SynCom) com o propósito de promover crescimento vegetal. Visando entender este sistema, foram realizados ensaios em casa de vegetação para avaliar o papel da linhagem Ab-V5 e da comunidade bacteriana sintética (SynCom) na promoção de crescimento de milho. Com dados metagenômicos, foi possível detalhar o potencial de microrganismos naturalmente presentes no solo como candidatas BPCP através da montagem e caracterização de genomas de alta qualidade a partir de metagenomas. A partir da coleta da comunidade nativa do solo cultivado com milho (CNM), foram realizados isolamento, caracterização dependente de cultivo in vitro e seleção de linhagens bacterianas candidatas a BPCP, além da seleção de outras linhagens presentes no banco de dados da EMBRAPA (AleloMicro) visando a construção da SynCom guiada por dados ômicos. A linhagem Arthrobacter sp. CNM05 se destacou pelo potencial como BPCP através de uma série de atributos fenotípicos avaliados in vitro e in silico através do sequenciamento genômico. Os resultados obtidos revelam que a inoculação com SynCom promoveu germinação mais rápida das sementes de milho em comparação com tratamento não-inoculado. Além disso, atributos radiculares e de parte aérea responderam positivamente à inoculação com SynCom e Ab-V5. Com isso, o desenvolvimento de SynCom com base em dados meta-ômicos se apresenta como uma abordagem promissora para otimizar os benefícios de inoculantes na promoção do crescimento vegetal. Adicionalmente, foi investigado o papel do gene aiiA codificador de acil-homoserina lactonase (uma molécula envolvida no sistema quorum quenching-QQ de Bt RZ2MS9), na interação com a comunidade bacteriana nativa. Para tanto foi utilizado um mutante Bt RZ2MS9 ΔaiiA obtido previamente por meio da técnica de CRISPR-Cas9. Os resultados indicam que a atividade QQ de Bt RZ2MS9 é um mecanismo importante para a persistência da BPCP na rizosfera. Isso implica que a habilidade de interferir na comunicação quorum sensing de outras espécies bacterianas seja relevante para o estabelecimento de Bt RZ2MS9 na comunidade microbiana nativa e, consequentemente, pode ser chave para a promoção do crescimento vegetal e modulação do microbioma nativo do solo. (AU)

• Processo FAPESP: 19/25720-2 - Desvendando o papel de bactérias promotoras de crescimento em plantas no recrutamento do microbioma da rizosfera do milho
• Beneficiário: Jessica Aparecida Ferrarezi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto