Na simbiose entre soja e bactérias diazotróficas ocorre o processo de Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN) no nódulo. Nessa associação há uma comunicação constante, pois a liberação de exsudatos pela planta é percebida pela bactéria, que, então, produz lipo-quito-oligossacarídeos, chamados fatores Nod (FNs), moléculas de sinalização na nodulação. Esses FNs são produtos da atividade dos genes nod bacterianos. Os genes nod regulatórios codificam fatores de transcrição (FTs) responsáveis pela regulação dos genes nod estruturais, que codificam enzimas para a biossíntese dos FNs. Na região promotora dos genes nod atua o FT NodD, que se liga em sequências específicas conservadas, chamadas nod boxes. Essa comunicação abrange a regulação de vários genes, como os genes nod regulatórios nodD1 e nodD2 de Bradyrhizobium elkanii SEMIA 587. Bradyrhizobium elkanii são bactérias Gram-negativas, fixadoras de nitrogênio, usadas comercialmente para a produção de inoculantes na agricultura, devido à eficiência do processo de FBN na simbiose, o que justifica o interesse em torno dessa interação. No micro-organismo modelo Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110, as proteínas NodD1 e NodD2, sintetizadas a partir dos genes nodD1 e nodD2, respectivamente, têm ações contrárias. Enquanto NodD1 age como um regulador transcricional positivo dos operons nod e regula a sua própria transcrição, NodD2 atua como um regulador negativo desses operons. Isso despertou o interesse de investigar o papel dessas proteínas em B. elkanii SEMIA 587, com a finalidade de testar se elas apresentam funções semelhantes àquelas demonstradas na estirpe padrão USDA110. Sendo assim, o objetivo do trabalho foi contribuir, através da aplicação de diferentes metodologias, para um melhor entendimento em relação à regulação dos genes nod em B. elkanii SEMIA 587. Para tanto, fragmentos de DNA contendo os genes nodD1 e nodD2 dessa bactéria foram clonados nos vetores pGEM e pGEX-4T2, para produção das proteínas recombinantes em Escherichia coli BL21, a fim de realizar experimentos de retardamento em gel para comprovar a ligação das proteínas NodD1 e NodD2 nos nod boxes identificados nas regiões reguladoras dos respectivos genes, bem como determinar a eficiência de cada ligação. A expressão de ambas as proteínas em E. coli foi visualizada em gel SDS-PAGE e as proteínas estão em fase de purificação. Clonagens posteriores realizadas usando o sistema Gateway® para inserção dos genes nodD1 e nodD2 no vetor de clonagem pENTR foram confirmadas por sequenciamento e recombinadas a dois vetores de levedura (pDEST-22 e pDEST-32). Esses procedimentos visam à execução de ensaios de duplo híbrido para verificar se as proteínas NodD1 e NodD2 são capazes de formar heterodímeros funcionais. / The process of Biological Nitrogen Fixation (BNF) in the symbiosis between soybean and diazotrophic bacteria occurs in the nodule. There is a constant communication in this association. Plant exudates are perceived by the bacteria that produce lipo-chito-oligosaccharides (LCOs), called Nod Factors (NF), signaling molecules in nodulation. These NFs are product of bacterial nod genes activity. Transcription Factors (TFs) are encoded by regulatory nod genes, responsible for structural nod genes regulation. These structural nod genes encode enzymes for NFs biosynthesis. TF NodD acts in the promoter region of nod genes and binds to specific conserved sequences, called nod boxes. The Bradyrhizobium elkanii SEMIA 587 regulatory nod genes nodD1 and nodD2 are involved in this communication. B. elkanii are diazotroph gram-negative bacteria used commercially as inoculants source in agriculture, due to the efficiency of the BNF process in the symbiosis, which justifies the interest regarding this interaction. NodD1 and NodD2 proteins are synthesized by nodD1 and nodD2 and display contrary actions in the model strain B. diazoefficiens USDA 110. While NodD1 acts as a positive transcriptional regulator of nod operons and regulates its own transcription, NodD2 acts as a negative regulator of these operons. These proteins roles in B. elkanii SEMIA 587 aroused the interest of investigating, in order to test whether they have similar functions to those demonstrated in the model strain. Therefore, the goal of this work was to contribute, through the application of different methodologies, to a better understanding regarding nod genes regulation in B. elkanii SEMIA 587. B. elkanii SEMIA 587 nodD1 and nodD2 coding sequences were cloned into pGEM and pGEX-4T-2 vectors. The recombinant proteins were expressed in Escherichia coli BL21 in the order to carry out gel retardation experiments to verify purified proteins binding to the nod boxes identified in nod promoters, as well as the efficiency of each binding. The expressed proteins in E. coli were visualized by SDS-PAGE and are undergoing purification. Subsequent cloning was realized with the Gateway® system for nodD1 and nodD2 insertion into pENTR vector. The constructs were confirmed by sequencing and recombined to yeast vectors (pDEST-22 and pDEST-32).These procedures aim to perform two-hybrid assays to verify if NodD1 and NodD2 are capable of forming functional heterodimers.

A Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN), processo no qual o nitrogênio atmosférico é convertido à amonia, é muito bem estabelecida entre bactérias diazotróficas coletivamente chamadas de rizóbios e espécies leguminosas. No Brasil, esse tipo de associação (simbiótica) supre totalmente a necessidade de nitrogênio na cultura da soja. Para que a infecção seja efetiva e possa resultar na formação de um nódulo capaz de sustentar o processo de FBN conduzido pelo bacterioide, o rizóbio necessita, previamente, reconhecer e responder à presença das raízes da planta compatível. As associações simbióticas entre rizóbios e plantas leguminosas são altamente específicas, de forma que cada espécie, ou até mesmo estirpe de rizóbio, possui uma gama definida de plantas às quais está apto a se associar, e vice-versa. A principal função dos produtos dos genes de nodulação (nod) é garantir a troca de sinais entre os dois organismos envolvidos na relação simbiótica, onde os produtos dos genes nod regulatórios atuam no controle da expressão de genes nod estruturais. A expressão de genes nod estruturais, via de regra, não ocorre de forma autônoma nos micro-organismos simbiontes do gênero Bradyrhizobium, requerendo assim a presença de moléculas sinalizadoras secretadas pelas raízes das plantas (predominantemente flavonoides) e ativadores transcricionais do tipo-LysR – as proteínas NodD regulatórias. Neste contexto, motivos específicos das proteínas NodD ligam-se a sequências conservadas na região promotora do operon nod, conhecidas como nod boxes, mediando a transcrição dos genes nod. Aparentemente, este sistema regulatório envolvendo as proteínas NodD está presente na maioria das estirpes de Rhizobium, Bradyrhizobium e Azorhizobium, sugerindo um mecanismo geral de controle da nodulação. Em B. diazoefficiens, duas proteínas NodD foram identificadas, com funções e padrões de expressão distintos: NodD1, ativador da transcrição dos genes nod responsivo aos flavonoides liberados pelas raízes das plantas, e NodD2, com ação contrária, atuando como repressor da transcrição desses genes. Enquanto existe uma quantidade relativamente grande de conhecimento em relação à genética e aos mecanismos moleculares que regulam a expressão dos genes envolvidos na nodulação de B. diazoefficiens, incluindo a sequência completa de seu genoma, informações sobre a genética de B. elkanii ainda são relativamente escassas, mesmo que existam alguns dados genômicos disponíveis. Neste trabalho, sequências genômicas de seis linhagens de B. elkanii foram comparadas com o genoma da linhagem de referência B. diazoefficiens USDA 110 com o objetivo de elucidar mecanismos envolvidos na expressão dos genes nod, especialmente aqueles relacionados ao operon e ao regulon nod. Os resultados obtidos permitiram acrescentar aspectos importantes no modelo de regulação apresentado para a linhagem de referência e que pode ser estendido para linhagens de B. elkanii. / The Biological Nitrogen Fixation (BNF), process in which atmospheric nitrogen is converted to ammonia, is well established among diazotrophs collectively called rhizobia and legume species. In Brazil, this type of symbiotic association fully meets the need for nitrogen in soybean crop. To infection be effective and result in the formation of a nodule able to sustain the BNF process lead by the bacterioid, the rhizobia need previously to recognize and respond to the presence of the root of a compatible plant. The symbiotic associations between rhizobia and leguminous plants are highly specific, so that each species or even strain of rhizobia has a defined range of plants to which it is able to associate, and vice-versa. The main function of the products of nodulation (nod) genes is to guarantee the exchange of signals between the two organisms involved in the symbiotic relationship, where the products of regulatory nod genes act to control the expression of structural nod genes. The expression of structural nod genes usually does not occur independently in the symbiotic microorganisms of the Bradyrhizobium genus, thus requiring the presence of signalling molecules secreted by plant roots (predominantly flavonoids) and transcriptional activators – the LysR-type regulatory NodD proteins. In this context, NodD proteins bind to specific motifs of conserved sequences in the promoter region of the nod operon, known as nod boxes, mediating transcription of the nod genes. Apparently, this regulatory system involving NodD proteins is present in most strains of Rhizobium, Bradyrhizobium and Azorhizobium, suggesting a general mechanism of nodulation control. In B. diazoefficiens two NodD proteins were identified with distinct functions and expression patterns: NodD1, a flavonoid responsive transcriptional activator of nod genes, and NodD2 with counteraction, acting as a transcriptional repressor of these genes. While there is a relatively large amount of knowledge about the genetics and molecular mechanisms that regulate the expression of genes involved in B. diazoefficiens nodulation, including the complete sequence of its genome, genetic information concerning B. elkanii is still relatively sparse, even if there are some available genomic data. In this study, genomic sequences of six strains of B. elkanii were compared with the genome of the reference strain B. diazoefficiens USDA 110 in order to elucidate mechanisms involved in the expression of nod genes, especially those related to the nod operon and the nod regulon. The results obtained allowed to add important aspects in the regulatory model presented to the reference strain and that could be extended to strains of B. elkanii.

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A utilização de inoculantes em culturas de leguminosas é uma prática conhecida e empregada há longo tempo e o substrato mais utilizado até o momento tem sido a turfa. Diversos tipos de formulações inoculantes que existem no mercado visam oferecer uma alternativa ao emprego da turfa, porém muitas apresentam baixa capacidade para manter a sobrevivência e eficiência dos rizóbios. Este trabalho avaliou a utilização de catorze misturas diferentes de polímeros naturais e/ou sintéticos como suportes para inoculantes, visando a produção de inoculantes comerciais para soja, e a capacidade de manter a sobrevivência e preservar as características de infectividade e de efetividade das estirpes SEMIA 587 de Bradyrhizobium elkanii e SEMIA 5079 de Bradyrhizobium japonicum. Avaliou-se a sobrevivência dos rizóbios nas formulações armazenadas, a capacidade de aderência das formulações em sementes, a sobrevivência dos rizóbios em sementes a 40 ºC e a eficiência dos inoculantes em plantas de soja, cultivadas em vasos com solo, submetidas a estresse hídrico e térmico. Observou-se que as misturas contendo goma xantana, jataí e guar, tanto nas formulações em gel como líquidas, podem ser usadas como veículo para inoculantes proporcionando maior proteção aos rizóbios contra as condições de dessecação e temperatura. Todos os inoculantes mantiveram a sobrevivência da população de rizóbios durante um ano de armazenamento. Os rizóbios das formulações G5, L1 e L7, que continham goma arábica, foram afetados pelo estresse hídrico e pelas temperaturas elevadas, reduzindo o número de nódulos formados. Dentre as formulações líquidas, as que continham xantana e glicerol (L2) e com adição de polivinilpirrolidona (L5) e a formulação que continha xantana, carboximetilcelulose e polivinilpirrolidona (L6), foram as mais promissoras para a formulação de inoculantes para soja.

OLIVEIRA, Daniel Farias de. Aspectos fisiológicos e bioquímicos de plantas de dois cultivares de feijão de corda inoculadas com Bradyrhizobium sp. e submetidas à salinidade. 2013. 90 f. Dissertação (Mestrado em Bioquímica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Anderson Silva Pereira (anderson.pereiraaa@gmail.com) on 2017-01-03T18:22:05Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_dfoliveira.pdf: 2134254 bytes, checksum: 9c74f901746c2de9a8bfae5eeffd2372 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-03T18:30:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_dfoliveira.pdf: 2134254 bytes, checksum: 9c74f901746c2de9a8bfae5eeffd2372 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-03T18:30:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_dfoliveira.pdf: 2134254 bytes, checksum: 9c74f901746c2de9a8bfae5eeffd2372 (MD5) Previous issue date: 2013 / The use of inoculants containing nitrogen-fixing bacteria, increases annually in cowpea crop in North, Northeast and Midwest regions of Brazil. This work was carried out to evaluate the effects of symbiosis with Bradyrhizobium sp. in plant physiology under salt stress conditions. For this purpose, an experiment was conducted in greenhouse, with two cultivars: Pitiúba (tolerant to salinity) and TVu 2331 (sensitive to salinity), both inoculated with the strain of Bradyrhizobium SEMIA 6461. The experimental design was completely randomized with the following factorial arrangement: 2 (cultivars) x 2 (inoculated and non-inoculated plants) x 2 (stress levels – 0 and 75 mM NaCl). For treatment with rhizobium, seeds were sown in the presence of 1 mL of the culture broth containing the inoculum, the seedlings being maintained for 12 days in this situation. After, inoculated and non-inoculated plants were subjected to salt treatment for 15 days. The results revealed that the bacteria strain reduced the efficiency in nitrogen fixation in cowpea subjected to salt treatment when compared to control treatment. The growth of c plants cowpea was inhibited by salt stress and inoculation with rhizobium was not able to minimize the deleterious effects of salinity, especially in cultivating TVu, which had its biomass most affected by this stress. The levels of toxic ions (Na+ and Cl-) in plants inoculated in relation to non-inoculated showed no significant differences, but the levels of potassium, nitrogen and phosphorus had increases in inoculated plants subjected to salinity. Regarding the levels of organic solutes in saline group plants, we can highlight that: inoculation with bacteria increased carbohydrate levels only in shoots of Pitiúba and roots of TVu; inoculation increased N-amino levels in all parts of both cultivars, except for the roots of Pitiúba; proline levels have increased in the whole plant, except the roots of TVu; protein content invariably increased in all parts of the plants. The net photosynthesis of Pitiúba were not altered in any treatment, but TVu inoculated treatments caused increases in this parameter compared to their respective controls. Excess salt inhibited stomatal conductance in both cultivars, but the maximum quantum yield of PSII did not change in saline treatments, proving that the photosynthetic apparatus of cowpea is tolerant to salinity. Total chlorophyll contents increased in response to salinity, both in inoculated plants as in non-inoculated plants. Oxidative stress induced by salinity led to an increase in the activity of peroxidase and ascorbate peroxidase guaiacol in leaves and roots of both cultivars of nodulated plants. Furthermore, salinity increased activity of the enzyme superoxide dismutase in the roots, despite inoculation have higher enzyme activity in roots of Pitiúba. The increased activity of these enzymes in saline conditions may be related to the inoculation, whereas there was a reduction in lipid peroxidation in plants of both cultivars inoculated and stressed. The salinity negatively affected biomass production of cowpea due to effects caused by the accumulation of toxic ions. Although the nodulation has raised osmoprotectors levels, increased activity of antioxidant enzymes in roots and reduced oxidative damage, there was no significant improvement in growth of the plants of both cultivars studied when subjected to salinity. / O uso de inoculantes, contendo bactérias fixadoras de nitrogênio, aumenta anualmente na cultura do feijão de corda nas regiões Norte, Nordeste e Centro-Oeste do Brasil. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de avaliar os efeitos da simbiose com Bradyrhizobium sp. na fisiologia das plantas sob condições de estresse salino. Para isso, conduziu-se um experimento em condições de casa de vegetação, com os cultivares Pitiúba (tolerante à salinidade) e TVu 2331 (sensível à salinidade) inoculados com a estirpe SEMIA 6461 de Bradyrhizobium. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, com o seguinte arranjo fatorial: 2 (cultivares) x 2 (plantas inoculadas e não inoculadas) x 2 (níveis de estresse – 0 e 75 mM de NaCl). Para o tratamento com o rizóbio, as sementes foram semeadas em presença de 1 mL do caldo de cultura contendo o inóculo, sendo as plântulas mantidas por 12 dias nessa situação. Em seguida, as plantas inoculadas e não inoculadas foram submetidas ao tratamento salino, durante 15 dias. Os resultados mostraram que a estirpe em estudo apresentou eficiência reduzida na fixação biológica do nitrogênio do feijão de corda quando submetido ao tratamento salino em relação ao tratamento respectivo controle. O crescimento das plantas do feijão de corda foi inibido pelo estresse salino e a inoculação com o rizóbio não foi capaz de minimizar os efeitos deletérios da salinidade, principalmente no cultivar TVu, que teve sua biomassa mais afetada por esse estresse. Os teores de íons tóxicos (Na+ e Cl-) nas plantas inoculadas em relação às não inoculadas não apresentaram diferenças significativas, mas os teores de potássio, nitrogênio e fósforo tiveram incrementos nas plantas inoculadas submetidas à salinidade. Em relação aos níveis de solutos orgânicos nas plantas do grupo salino, pode-se destacar que: a inoculação com a bactéria aumentou os níveis de carboidratos somente na parte aérea de Pitiúba e nas raízes de TVu; a inoculação aumentou os teores de N-aminossolúveis em todas as partes de ambos os cultivares, exceto nas raízes de Pitiúba; os teores de prolina aumentaram na planta inteira, exceto nas raízes de TVu; o conteúdo de proteínas aumentou invariavelmente em todas as partes das plantas. A fotossíntese líquida, no Pitiúba, não foi alterada em nenhum dos tratamentos, mas no TVu os tratamentos inoculados provocaram aumentos nesse parâmetro em relação aos seus respectivos controles. O excesso de sal inibiu a condutância estomática em ambos os cultivares, porém o rendimento quântico máximo do PSII não sofreu alteração nos tratamentos salinos, comprovando que o aparato fotossintético do feijão de corda é tolerante à salinidade. Os teores de clorofila total aumentaram em resposta à salinidade, tanto nas plantas inoculadas como nas plantas não inoculadas. O estresse oxidativo induzido pela salinidade levou a um aumento na atividade das enzimas peroxidase do ascorbato e peroxidase do guaiacol, nas folhas e raízes de ambos os cultivares das plantas noduladas. Por outro lado, a salinidade aumentou a atividade da enzima dismutase do superóxido nas raízes, apesar da inoculação ter elevado mais a atividade enzimática nas raízes de Pitiúba. O aumento das atividades dessas enzimas em condições salinas pode estar relacionado com a inoculação, visto que houve redução na peroxidação lipídica nas plantas dos dois cultivares inoculados e estressados. A salinidade afetou negativamente a produção de biomassa do feijão de corda devido aos efeitos causados pelo acúmulo de íons tóxicos. Embora a nodulação tenha elevado os níveis de osmoprotetores, aumentado a atividade das enzimas antioxidativas nas raízes e diminuído os danos oxidativos, não foi observado melhora significativa no crescimento das plantas dos dois cultivares estudados quando submetidos à salinidade.

A Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN), processo no qual o nitrogênio atmosférico é convertido à amonia, é muito bem estabelecida entre bactérias diazotróficas coletivamente chamadas de rizóbios e espécies leguminosas. No Brasil, esse tipo de associação (simbiótica) supre totalmente a necessidade de nitrogênio na cultura da soja. Para que a infecção seja efetiva e possa resultar na formação de um nódulo capaz de sustentar o processo de FBN conduzido pelo bacterioide, o rizóbio necessita, previamente, reconhecer e responder à presença das raízes da planta compatível. As associações simbióticas entre rizóbios e plantas leguminosas são altamente específicas, de forma que cada espécie, ou até mesmo estirpe de rizóbio, possui uma gama definida de plantas às quais está apto a se associar, e vice-versa. A principal função dos produtos dos genes de nodulação (nod) é garantir a troca de sinais entre os dois organismos envolvidos na relação simbiótica, onde os produtos dos genes nod regulatórios atuam no controle da expressão de genes nod estruturais. A expressão de genes nod estruturais, via de regra, não ocorre de forma autônoma nos micro-organismos simbiontes do gênero Bradyrhizobium, requerendo assim a presença de moléculas sinalizadoras secretadas pelas raízes das plantas (predominantemente flavonoides) e ativadores transcricionais do tipo-LysR – as proteínas NodD regulatórias. Neste contexto, motivos específicos das proteínas NodD ligam-se a sequências conservadas na região promotora do operon nod, conhecidas como nod boxes, mediando a transcrição dos genes nod. Aparentemente, este sistema regulatório envolvendo as proteínas NodD está presente na maioria das estirpes de Rhizobium, Bradyrhizobium e Azorhizobium, sugerindo um mecanismo geral de controle da nodulação. Em B. diazoefficiens, duas proteínas NodD foram identificadas, com funções e padrões de expressão distintos: NodD1, ativador da transcrição dos genes nod responsivo aos flavonoides liberados pelas raízes das plantas, e NodD2, com ação contrária, atuando como repressor da transcrição desses genes. Enquanto existe uma quantidade relativamente grande de conhecimento em relação à genética e aos mecanismos moleculares que regulam a expressão dos genes envolvidos na nodulação de B. diazoefficiens, incluindo a sequência completa de seu genoma, informações sobre a genética de B. elkanii ainda são relativamente escassas, mesmo que existam alguns dados genômicos disponíveis. Neste trabalho, sequências genômicas de seis linhagens de B. elkanii foram comparadas com o genoma da linhagem de referência B. diazoefficiens USDA 110 com o objetivo de elucidar mecanismos envolvidos na expressão dos genes nod, especialmente aqueles relacionados ao operon e ao regulon nod. Os resultados obtidos permitiram acrescentar aspectos importantes no modelo de regulação apresentado para a linhagem de referência e que pode ser estendido para linhagens de B. elkanii. / The Biological Nitrogen Fixation (BNF), process in which atmospheric nitrogen is converted to ammonia, is well established among diazotrophs collectively called rhizobia and legume species. In Brazil, this type of symbiotic association fully meets the need for nitrogen in soybean crop. To infection be effective and result in the formation of a nodule able to sustain the BNF process lead by the bacterioid, the rhizobia need previously to recognize and respond to the presence of the root of a compatible plant. The symbiotic associations between rhizobia and leguminous plants are highly specific, so that each species or even strain of rhizobia has a defined range of plants to which it is able to associate, and vice-versa. The main function of the products of nodulation (nod) genes is to guarantee the exchange of signals between the two organisms involved in the symbiotic relationship, where the products of regulatory nod genes act to control the expression of structural nod genes. The expression of structural nod genes usually does not occur independently in the symbiotic microorganisms of the Bradyrhizobium genus, thus requiring the presence of signalling molecules secreted by plant roots (predominantly flavonoids) and transcriptional activators – the LysR-type regulatory NodD proteins. In this context, NodD proteins bind to specific motifs of conserved sequences in the promoter region of the nod operon, known as nod boxes, mediating transcription of the nod genes. Apparently, this regulatory system involving NodD proteins is present in most strains of Rhizobium, Bradyrhizobium and Azorhizobium, suggesting a general mechanism of nodulation control. In B. diazoefficiens two NodD proteins were identified with distinct functions and expression patterns: NodD1, a flavonoid responsive transcriptional activator of nod genes, and NodD2 with counteraction, acting as a transcriptional repressor of these genes. While there is a relatively large amount of knowledge about the genetics and molecular mechanisms that regulate the expression of genes involved in B. diazoefficiens nodulation, including the complete sequence of its genome, genetic information concerning B. elkanii is still relatively sparse, even if there are some available genomic data. In this study, genomic sequences of six strains of B. elkanii were compared with the genome of the reference strain B. diazoefficiens USDA 110 in order to elucidate mechanisms involved in the expression of nod genes, especially those related to the nod operon and the nod regulon. The results obtained allowed to add important aspects in the regulatory model presented to the reference strain and that could be extended to strains of B. elkanii.

Ureases (EC 3.5.1.5.) catalisam a hidrólise de ureia em NH3 e CO2, sendo sintetizadas por plantas, fungos e bactérias. No solo, a urease é encontrada em microrganismos, raízes de plantas e como uma enzima extracelular ligada a compostos orgânicos e inorgânicos. Em plantas e fungos, as ureases consistem em trímeros ou hexâmeros formados por uma subunidade de 90 kDa, enquanto que enzimas bacterianas são complexos com duas ou três subunidades. A inserção de dois átomos de níquel no sítio ativo requer pelo menos três proteínas acessórias, UreD, UreF e UreG em bactérias, ou seus ortólogos em plantas e fungos. Bradyrhizobium japonicum é uma bactéria do solo que forma nódulos fixadores de nitrogênio em plantas de soja. Esse microrganismo produz uma urease, e seu papel na sinalização, tanto para a planta de soja quanto para outros organismos no complexo ambiente da rizosfera, ainda não foi investigado. Desta forma, o presente estudo objetivou purificar e caracterizar a urease de B. japonicum (BJU), bem como avaliar o papel desta enzima, tanto a de origem vegetal quanto a de origem bacteriana, no processo de nodulação da soja. A capacidade da enzima em induzir exocitose/secreção foi avaliada no teste de agregação plaquetária, utilizando-se plasma rico em plaquetas obtido de sangue de coelho e monitorando-se a agregação por turbidimetria. Observamos que a urease de B. japonicum possui a propriedade de agregar plaquetas, implicando em uma provável atividade indutora de exocitose. Ensaios de quimiotaxia demonstraram a atração exercida pela urease ubíqua recombinante de soja sobre células de B. japonicum. Para os ensaios de nodulação, sementes pré-germinadas de soja tiposelvagem (Williams 82) e de mutantes deficientes na proteína urease (eu1-sun/eu4) foram expostas a culturas de B. japonicum USDA110 (tipo selvagem), B. japonicum ΔureG (ausência de atividade ureásica) ou B. japonicum ΔureABC (ausência de urease), e semeadas em vasos de Leonard modificados. Os nódulos foram contados e pesados em diferentes tempos após a inoculação. Além disso, foi determinado o conteúdo de leghemoglobina destes nódulos e o conteúdo de nitrogênio na parte aérea das plantas, como uma maneira de estimar a eficiência da fixação biológica de nitrogênio. Plantas deficientes em urease formam nódulos maiores e em menor número que as selvagens, independente do fenótipo da bactéria. O pico de produção de leghemoglobina em plantas tipo-selvagem é maior e anterior ao pico observado nas plantas mutantes. Inibição de toda a atividade enzimática de urease nas plantas selvagens pelo inibidor fenilfosforodiamidato não causou as alterações observadas pela ausência da proteína urease nas plantas mutantes. Esses resultados sugerem que o desenvolvimento do nódulo em plantas requer a proteína urease, de maneira independente de sua atividade enzimática. Em contraste, a urease da bactéria parece não influenciar a nodulação ou a fixação biológica de N2 na planta. Concluímos que a urease da soja apresenta um papel relevante na simbiose planta - B. japonicum, independente de sua atividade ureolítica, e não compartilhado com a urease bacteriana. / Ureases (EC 3.5.1.5.) catalyze the hydrolysis of urea in NH3 and CO2, and are synthesized by plants, fungi and bacteria. In the soil, urease occurs in microorganisms and plant roots, and as an extracellular enzyme bound to organic and inorganic compounds. In plants and fungi, ureases consist of trimers or hexamers formed by a subunit of 90 kDa, whereas bacterial enzymes are complexes with two or three subunits. The insertion of two nickel atoms into the active site requires at least three accessory proteins, ureD, ureF, and ureG in bacteria, or their orthologs in plants and fungi. Bradyrhizobium japonicum is a soil bacterium that forms nitrogen fixing nodules on soybean plants. This bacterium produces a urease, and its role in signaling for both the soybean plant and other organisms in the complex environment of the rhizosphere, has not yet been investigated. Thus, the present study aimed to purify and characterize B. japonicum urease (BJU), and to evaluate the role of this enzyme, from both plant and bacteria, in the process of soybean nodulation. The induction of secretion was assessed by the ability of the enzyme to induce platelet aggregation in rabbit platelet-rich plasma monitored by turbidimetry. We found that the urease of B. japonicum possesses the property of aggregating platelets, implying a secretion inducing activity. Chemotaxis assays demonstrated the attraction of recombinant soybean ubiquitous urease upon B. japonicum cells. For nodulation assays, pre-germinated seeds of wild-type soybeans (Williams 82) and of mutants deficient in the urease protein (eu1-sun/eu4) were exposed to cultures of B. japonicum USDA110 (wild-type), B. japonicum ΔureG (lack of urease activity) or B. japonicum ΔureABC (no urease), and planted in modified Leonard jars. The nodules were counted and weighed at different times after inoculation. Additionally, we determined the leghemoglobin content of nodules and the nitrogen content in the shoots, as a way to estimate the efficiency of biological nitrogen fixation. Plants deficient in urease (eu1-sun/eu4) form fewer but larger nodules than wildtype plants, regardless of the phenotype of the bacteria. The peak of leghemoglobin production in wild-type plants is higher and earlier than the peak observed in mutant plants. Inhibition of all the enzymatic activity of urease in wild-type plants by phenylphosphorodiamidate did not result in the alterations seen in mutant plants lacking urease. These results suggest that the development of nodule requires the protein urease, but not its enzyme activity. In contrast, the bacterial urease seems to play no roles in the nodulation and biological N2 fixation in the plant. We conclude that the soybean urease plays an important role in the soybean - B. japonicum symbiosis, which is independent of its ureolytic activity and is not shared by the bacterial urease.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-10-29Bitstream added on 2014-06-13T18:54:07Z : No. of bitstreams: 1 toledo_bfb_me_jabo.pdf: 494396 bytes, checksum: 73007bbe5afed3d92412924b6ebe8b81 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A crescente demanda de alimentos causada pelo aumento populacional, aliado a alto custo de fertilizantes industrializados e impacto ambiental causado por eles leva, mundialmente, à utilização em grande escala de inoculantes de bactérias fixadoras de nitrogênio. Os inoculantes utilizados no Brasil (coleção SEMIA- IPAGRO) ainda não estão suficientemente caracterizados geneticamente. O objetivo deste trabalho foi avaliar e confrontar as seqüências parciais dos genes 16S rDNA e nifH de 26 estirpes padrões já classificadas, com 70 estirpes de rizóbios recomendadas e autorizadas para a produção de inoculantes no Brasil. Para esta finalidade, a partir das amostras de DNA extraídos destas bactérias foram realizadas reações de PCR com oligonucleotídeos iniciadores relativos à região codificadora do gene 16S rDNA e do nifH, sendo então seqüenciadas com o objetivo de detectar diferenças nucleotídicas entre as diferentes bactérias estudadas. Para a comparação dos resultados do seqüenciamento com a consulta de similaridade de nucleotídeos no BLASTn, foram geradas árvores filogenéticas através de ferramentas de bioinformática. Foi observado que a classificação taxonômica das estirpes SEMIA recomendadas para inoculação de leguminosas previamente disponível na FEPAGRO, com base em propriedades morfológicas e especificidade hospedeira, não foi confirmada em todas as estirpes pelos sequenciamentos parciais dos genes estudados. Sugerimos revisão da classificação destas estirpes. Concluímos também que a consulta de similaridade ao BLASTn pelo seqüenciamento parcial dos genes 16S rDNA e nifH é, na maioria dos casos, consistente com a classificação proposta pela construção de árvores filogenéticas destas sequências. Estas ferramentas apresentaram-se muito confiáveis para obtenção de classificação em nível de gênero das estirpes estudadas. / The growing demand for food caused by population growth, combined with high cost of fertilizers and industrial environmental impacts caused by them leading, worldwide, the large scale use of inoculants different nitrogen-fixing bacteria. The inoculants used in Brazil (SEMIA-IPAGRO collection) are not yet sufficiently characterized genetically. The purpose of this study was to evaluate and compare the sequences of partial 16S rDNA and nifH of 26 strains already classified, with 70 strains of rhizobia recommended and authorized for the production of inoculants in Brazil. For this purpose, from DNA samples taken from these bacteria were performed with PCR reactions with primers on the coding region of the gene 16S rDNA and nifH, and sequencing with the aim of detecting nucleotide differences between different bacteria studied. To compare the results of the consultation of similarity of sequences of nucleotides in BLASTn, phylogenetic trees were generated through bioinformatics tools. It was observed that the taxonomic classification of strains SEMIA recommended for inoculation of legumes previously available in FEPAGRO, based on morphological properties and host specificity, it wasn’t confirmed in all strains by partial sequencing of the genes studied. We suggest reviewing the classification of these strains. We concluded that the similarity of the consultation BLASTn by partial sequencing of 16S rDNA and nifH is, in most cases, consistent with the classification proposed by the construction of phylogenetic trees of these sequences. These tools were very reliable for obtaining classified in the genus level of strains studied.

A utilização de inoculantes em culturas de leguminosas é uma prática conhecida e empregada há longo tempo e o substrato mais utilizado até o momento tem sido a turfa. Diversos tipos de formulações inoculantes que existem no mercado visam oferecer uma alternativa ao emprego da turfa, porém muitas apresentam baixa capacidade para manter a sobrevivência e eficiência dos rizóbios. Este trabalho avaliou a utilização de catorze misturas diferentes de polímeros naturais e/ou sintéticos como suportes para inoculantes, visando a produção de inoculantes comerciais para soja, e a capacidade de manter a sobrevivência e preservar as características de infectividade e de efetividade das estirpes SEMIA 587 de Bradyrhizobium elkanii e SEMIA 5079 de Bradyrhizobium japonicum. Avaliou-se a sobrevivência dos rizóbios nas formulações armazenadas, a capacidade de aderência das formulações em sementes, a sobrevivência dos rizóbios em sementes a 40 ºC e a eficiência dos inoculantes em plantas de soja, cultivadas em vasos com solo, submetidas a estresse hídrico e térmico. Observou-se que as misturas contendo goma xantana, jataí e guar, tanto nas formulações em gel como líquidas, podem ser usadas como veículo para inoculantes proporcionando maior proteção aos rizóbios contra as condições de dessecação e temperatura. Todos os inoculantes mantiveram a sobrevivência da população de rizóbios durante um ano de armazenamento. Os rizóbios das formulações G5, L1 e L7, que continham goma arábica, foram afetados pelo estresse hídrico e pelas temperaturas elevadas, reduzindo o número de nódulos formados. Dentre as formulações líquidas, as que continham xantana e glicerol (L2) e com adição de polivinilpirrolidona (L5) e a formulação que continha xantana, carboximetilcelulose e polivinilpirrolidona (L6), foram as mais promissoras para a formulação de inoculantes para soja.

Ureases (EC 3.5.1.5.) catalisam a hidrólise de ureia em NH3 e CO2, sendo sintetizadas por plantas, fungos e bactérias. No solo, a urease é encontrada em microrganismos, raízes de plantas e como uma enzima extracelular ligada a compostos orgânicos e inorgânicos. Em plantas e fungos, as ureases consistem em trímeros ou hexâmeros formados por uma subunidade de 90 kDa, enquanto que enzimas bacterianas são complexos com duas ou três subunidades. A inserção de dois átomos de níquel no sítio ativo requer pelo menos três proteínas acessórias, UreD, UreF e UreG em bactérias, ou seus ortólogos em plantas e fungos. Bradyrhizobium japonicum é uma bactéria do solo que forma nódulos fixadores de nitrogênio em plantas de soja. Esse microrganismo produz uma urease, e seu papel na sinalização, tanto para a planta de soja quanto para outros organismos no complexo ambiente da rizosfera, ainda não foi investigado. Desta forma, o presente estudo objetivou purificar e caracterizar a urease de B. japonicum (BJU), bem como avaliar o papel desta enzima, tanto a de origem vegetal quanto a de origem bacteriana, no processo de nodulação da soja. A capacidade da enzima em induzir exocitose/secreção foi avaliada no teste de agregação plaquetária, utilizando-se plasma rico em plaquetas obtido de sangue de coelho e monitorando-se a agregação por turbidimetria. Observamos que a urease de B. japonicum possui a propriedade de agregar plaquetas, implicando em uma provável atividade indutora de exocitose. Ensaios de quimiotaxia demonstraram a atração exercida pela urease ubíqua recombinante de soja sobre células de B. japonicum. Para os ensaios de nodulação, sementes pré-germinadas de soja tiposelvagem (Williams 82) e de mutantes deficientes na proteína urease (eu1-sun/eu4) foram expostas a culturas de B. japonicum USDA110 (tipo selvagem), B. japonicum ΔureG (ausência de atividade ureásica) ou B. japonicum ΔureABC (ausência de urease), e semeadas em vasos de Leonard modificados. Os nódulos foram contados e pesados em diferentes tempos após a inoculação. Além disso, foi determinado o conteúdo de leghemoglobina destes nódulos e o conteúdo de nitrogênio na parte aérea das plantas, como uma maneira de estimar a eficiência da fixação biológica de nitrogênio. Plantas deficientes em urease formam nódulos maiores e em menor número que as selvagens, independente do fenótipo da bactéria. O pico de produção de leghemoglobina em plantas tipo-selvagem é maior e anterior ao pico observado nas plantas mutantes. Inibição de toda a atividade enzimática de urease nas plantas selvagens pelo inibidor fenilfosforodiamidato não causou as alterações observadas pela ausência da proteína urease nas plantas mutantes. Esses resultados sugerem que o desenvolvimento do nódulo em plantas requer a proteína urease, de maneira independente de sua atividade enzimática. Em contraste, a urease da bactéria parece não influenciar a nodulação ou a fixação biológica de N2 na planta. Concluímos que a urease da soja apresenta um papel relevante na simbiose planta - B. japonicum, independente de sua atividade ureolítica, e não compartilhado com a urease bacteriana. / Ureases (EC 3.5.1.5.) catalyze the hydrolysis of urea in NH3 and CO2, and are synthesized by plants, fungi and bacteria. In the soil, urease occurs in microorganisms and plant roots, and as an extracellular enzyme bound to organic and inorganic compounds. In plants and fungi, ureases consist of trimers or hexamers formed by a subunit of 90 kDa, whereas bacterial enzymes are complexes with two or three subunits. The insertion of two nickel atoms into the active site requires at least three accessory proteins, ureD, ureF, and ureG in bacteria, or their orthologs in plants and fungi. Bradyrhizobium japonicum is a soil bacterium that forms nitrogen fixing nodules on soybean plants. This bacterium produces a urease, and its role in signaling for both the soybean plant and other organisms in the complex environment of the rhizosphere, has not yet been investigated. Thus, the present study aimed to purify and characterize B. japonicum urease (BJU), and to evaluate the role of this enzyme, from both plant and bacteria, in the process of soybean nodulation. The induction of secretion was assessed by the ability of the enzyme to induce platelet aggregation in rabbit platelet-rich plasma monitored by turbidimetry. We found that the urease of B. japonicum possesses the property of aggregating platelets, implying a secretion inducing activity. Chemotaxis assays demonstrated the attraction of recombinant soybean ubiquitous urease upon B. japonicum cells. For nodulation assays, pre-germinated seeds of wild-type soybeans (Williams 82) and of mutants deficient in the urease protein (eu1-sun/eu4) were exposed to cultures of B. japonicum USDA110 (wild-type), B. japonicum ΔureG (lack of urease activity) or B. japonicum ΔureABC (no urease), and planted in modified Leonard jars. The nodules were counted and weighed at different times after inoculation. Additionally, we determined the leghemoglobin content of nodules and the nitrogen content in the shoots, as a way to estimate the efficiency of biological nitrogen fixation. Plants deficient in urease (eu1-sun/eu4) form fewer but larger nodules than wildtype plants, regardless of the phenotype of the bacteria. The peak of leghemoglobin production in wild-type plants is higher and earlier than the peak observed in mutant plants. Inhibition of all the enzymatic activity of urease in wild-type plants by phenylphosphorodiamidate did not result in the alterations seen in mutant plants lacking urease. These results suggest that the development of nodule requires the protein urease, but not its enzyme activity. In contrast, the bacterial urease seems to play no roles in the nodulation and biological N2 fixation in the plant. We conclude that the soybean urease plays an important role in the soybean - B. japonicum symbiosis, which is independent of its ureolytic activity and is not shared by the bacterial urease.