Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn. / Trace metals (TM) are continually world-wide added to soils through the intensive use of mineral fertilizers and agriculture chemicals, together with industrial and other activities generating toxic wastes. Problems associated with metal-contaminated soil exists because TM are not biodegradable. TM that accumulate in soils affect the biodiversity of soil microorganisms. Nitrogen (N) fertilization is a widespread practice to increase soil fertility and crop production. However, the long-term use of N fertilization causes many detrimental effects in the environment. The intensive use of N fertilization increase TM input in soils, and in extreme cases, N fertilization result in TM pollution of the surrounding soil and water and increase TM concentration in plant tissues. In addition, the long-term use of N fertilizers changes and declines the biodiversity of above and underground ecosystems. The community structure of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) was investigated in TM contaminated and long-term N fertilized soils. In addition, the role of different AMF species in TM uptake or sequestration was investigated. In the first experiment, AMF community structure was analyzed from non-contaminated and TM contaminated sites. We found the diversity of native AMF was lower in soils and plant roots harvested from TM polluted soils than from unpolluted soils. We also found that the community structure of AMF was modified by TM contamination. Some AMF ribotypes were more often associated with TM contaminated sites, other ribotypes with uncontaminated sites, while still other ribotypes were found both in polluted and unpolluted soils. In the second experiment, the effect of different organic and mineral N fertilization on AMF community structure was investigated. Variation in root-colonizing AMF community structure was observed in both organic and mineral fertilization. Some AMF ribotypes were more affiliated to organic fertilization and other to mineral fertilization. In addition, mineral fertilization reduced AMF ribotypes number while organic fertilization increased AMF ribotypes number. In this experiment, it was demonstrated that change in root-colonizing AMF community structure had a significant effect on plant productivity. In the third experiment, the role of different AMF species (G. irregulare and G. mosseae) in TM uptake by sunflower plants grown in soil amended with three different Cd levels was evaluated. It was demonstrated that AMF species differentially affected TM uptake or sequestration by sunflower plants. This experiment supported a different effect of AMF in TM uptake based on Cd concentration in soil and the AMF species involved. Our research demonstrated that TM and N fertilization affected and shifted AMF community structure within roots and soils. It was shown that change in root-colonizing AMF community structure significantly affected plant productivity. In this study, it was showed that the AMF species G. irregulare was recorded in all uncontaminated sites while G. mosseae was the most abundant AMF species in TM contaminated sites. Therefore, the role of G. irregulare and G. mosseae in Cd uptake by sunflower plants grown in soils amended with three different Cd levels was investigated. The results indicated that AMF species mediate different mechanisms to alleviate TM toxicity in host plants, depending on AMF species and soil Cd level involved. We hypothesize that G. irregulare is a potentially important species for Cd phytoextration processes, while G. mosseae might be a suitable candidate for Cd and Zn phytostabilization processes.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Outre ses activités de bioturbateur et d'ingénieur de l'écosystème, l'impact du ver de terre sur le sol pourrait être fortement lié à d'autres processus dépendant du transit du sol dans son tube digestif. En particulier, l’interaction entre le ver de terre et les bactéries au cours du transit digestif demeure mal établie, malgré un certain nombre de travaux. Chez 3 espèces de vers de terre tempérées, Lumbricus terrestris, Dendrobaena veneta et Aporrectodea caliginosa, appartenant à 3 catégories écologiques différentes (épigé, anécique, endogé), on montre par DGGE ARN 16S culture-indépendante, que la structure in vivo des communautés bactériennes du tube digestif est très différente de celle du sol et qu'elle varie d'une partie à l'autre du tube digestif. En effet, chez les 3 espèces de vers de terre, les parties antérieures du tube digestif (jabot-gésier et intestin antérieur) apparaissent comme les sites d'intensité maximum des perturbations de la structure des communautés bactériennes du sol ingéré, tandis que dans les parties postérieures, la structure des communautés se rapproche de celle du sol. Les extraits hydrosolubles du tube digestif, caractérisés par leur teneur en protéines, sucres reducteu rs, glucose et sucres aminés, présentent une évolution quantitative et qualitative parfaitement superposable à celle de la structure des communautés bactériennes observées in vivo, avec des teneurs en protéines et sucres réducteurs hydrosolubles très élevées (jusqu'à 270 µg/mg de poids sec du contenu du tube digestif chez L. terrestris) dans les parties antérieures du tube digestif (jabot-gésier et intestin antérieur) mais qui déclinent brusquement dans les parties postérieures (intestins moyen et postérieur). La simulation in vitro de l'effet des extraits hydrosolubles du tube digestif sur un sol démontre leur capacité à modifier la structure des communautés bactériennes dominantes du sol chez les 3 espèces de vers de terre étudiés. Leur effet, particulièrement visible avec les hydrosolubles issus du jabot-gésier et de l'intestin antérieur, diminue ou disparaît avec les hydrosolubles extraits de l'intestin moyen et postérieur. En perspectives, à partir de ces résultats, le concept des épargnes microbiennes est proposé pour décrire comment l'énergie disponible du sol (biomasse microbienne) pourrait être utilisée, transmise et maintenue dans le tube digestif.Mots clés : sol, tube digestif, ver de terre, microbiote, bactéries, DGGE ARN 16S, résilience, épargnes microbiennes, mutualisme. / In addition to bioturbation and ecosystem engineer activities, the impact of earthworms on the soil could be strongly linked to other processes dependent on transit of soil through his digestive tract. In particular, the interaction between earthworm and bacteria during digestive transit remains poorly established, although a number of works. In three species of temperate earthworm, Lumbricus terrestris, Dendrobaena veneta et Aporrectodea caliginosa, belonging to three different ecological categories (epigeic, anecic, endogeic), we show by culture-independent DGGE 16S RNA, the structure in vivo of digestive tract bacterial communities is very different from that of the soil and varied from one part to another of the digestive tract. Indeed, among the three species of earthworms, the anterior parts of the digestive tract (crop-gizzard and foregut) appear as sites of maximun intensity disturbances in bacterial community structure of soil ingested , while in posterior parts (midgut and hindgut), the community structure is more similar to that of the soil. The water-soluble extracts of the digestive tract, characterized by their protein, reducing sugars, glucose and amino sugars content, present a quantitative and qualitative change perfectly correlated with the bacterial community structure observed in vivo, with very high quantities of soluble protein and reducing sugars (up to 270 µg/ mg dry weight of gut contents of L. terrestris) in the anterior parts of the digestive tract (crop-gizzard and foregut) but declined sharply in the posterior parts (midgut and hindgut). The in vitro simulation of the effect of soluble extracts of the digestive tract of a soil demonstrates their ability to alter the dominant bacterial community structure of soil in three species of earthworms studied. Their effect, particularly visible with the water-soluble extracts from crop-gizzard and foregut, decreases or disappears with water-sol uble extracts of the midgut and hindgut. In perspective, from these results, the concept of microbial savings is proposed to describe how the energy available in the soil (microbial biomass) could be used, transmitted and maintained in the digestive tract.Keywords: soil, gut, earthworm, microbiota, bacteria, DGGE 16S RNA, resilience, microbial savings, mutualism.

Os microorganismos estão entre os maiores responsáveis pela transformação dos compostos orgânicos em uma lagoa de estabilização e são a chave do sucesso deste tratamento. A utilização de técnicas de biologia molecular em conjunto é uma das melhores formas para obter resultados mais confiáveis. A estrutura da comunidade microbiana na lagoa de estabilização facultativa da estação de tratamento de esgoto doméstico do Município de Cajati foi descrita baseada nos padrões dos fragmentos do gene RNAr 16S por PCR-DGGE, CARD-FISH, biblioteca de clones de gene RNAr 16S e sequenciamento. Os padrões obtidos com o DGGE foram correlacionados com as variáveis ambientais coletadas por análise de redundância (RDA). As amostras foram coletadas em três períodos para o estudo da variação temporal, coletou-se em três profundidades (superfície, 0,7 m e 1,5 m) para o estudo espacial vertical e em nove pontos a 0,7 m de profundidade para o estudo espacial horizontal da comunidade. / Microorganisms are amongst the most responsible for the conversion of sewage organic compounds and they are the key of the treatment success. The combination of two or more molecular techniques in this kind of assessment allows getting more accurate results concerning a microbial community. The facultative stabilization pond microbial community structure of domestic sewage treatment from Cajati city was characterized based on 16S RNAr gene fragments patterns from PCR-DGGE, FISH, 16S RNAr gene clone library and sequencing. The patterns obtained by DGGE were co-related to environmental variables by redundancy analysis (RDA). The samples were collected in three intervals to study the seasonal variation, it was collected in three depth (surface, 0,7 m and 1,5 m) to the vertical assessment and in nine spots at 0,7 m depth for the horizontal assessment of the microbial community.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1551003 bytes, checksum: ef7a12dee1027c9dad410d80a2413fed (MD5) Previous issue date: 2009-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this work was to compare the bacterial diversity found in soils under eucalyptus with those found under native forest. Six areas belonging to Celulose Nipo-Brasileira - CENIBRA were studied; three of them were eucalyptus plantations and three were preserved native forests. They were located in two different projects of the company, the Crystal Lake and the Jacinto Lake, bearing two classes of soils, Latosol and Fluvic Neosol. Sampling was performed in March 2008 and bacterial diversity was assessed for the α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, γ-Proteobacteria, Actinobacteria and Firmicutes phyla. Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) was carried out for genetic diversity analysis and the resolved gel images were analyzed with the GELCOMPARII® software (Applied Maths, Inc - Texas USA). Shannon Weaver diversity indexes were calculated by means of the software Diversity of Species v. 2.0 (W.C Rodrigues - Lizaro Soft - Entomologists of Brazil - Brazil) The highest diversity indexes for total bacteria (Eubacteria), β-Proteobacteria, γ-Proteobacteria, and Actinobacteria was found in soils of native forests. Soils under eucalyptus forests displayed the highest diversity index for α- Proteobacteria and Firmicutes. The phylum α-Proteobacteria was the dominant one in Latosol and Neosol, both under eucalyptus and native forests. Diversity among Firmicutes and γ-Proteobacteria was also expressive; however, diversity of Actinobacteria and β-Proteobacteria was lowest in all areas studied. Diversity indexes averages among all phyla, when classes of soils were compared, were higher for Latosols, except for those of Firmicutes. The highest Eubacteria diversity index in soils under native forests as compared to those displayed under eucalyptus corroborates the hypothesis that plant coverage determines shifts in the microbial communities diversity. / Este trabalho teve como objetivo avaliar e comparar a diversidade bacteriana de solos sob plantio de eucalipto com a encontrada sob solos de mata nativa da região. O estudo abrangeu seis áreas da Empresa Celulose Nipo-Brasileira, sendo três áreas destinadas ao plantio de eucalipto e três áreas de mata nativa conservada, em dois projetos da empresa, o da Lagoa Cristal e o da Lagoa do Jacinto, em solos de duas classes, Latossolo e Neossolo flúvico. A amostragem foi realizada nas seis áreas em março de 2008 para a realização das análises de diversidade de bactérias pertencentes aos filos α-Proteobacteria, β-Proteobacteria, γ-Proteobacteria, Actinobacteria e Firmicutes. A eletroforese em gel com gradiente desnaturante (DGGE), foi a técnica de escolha, sendo a análise da diversidade genética, com uso das imagens dos geis, realizada com o software GelComparII® (Applied Maths, Inc. - Texas USA). Para os cálculos do índice de diversidade de Shannon-Weaver foi utilizado o software Diversidade de Espécies v-2.0 (W. C. Rodrigues - Lizaro Soft - Entomologistas do Brasil - Brasil). No estudo da comunidade de bactérias totais (Eubacteria) e de β-Proteobacteria, γ-Proteobacteria e Actinobacteria, o maior índice de diversidade correspondeu a solos sob mata nativa. Para α-Proteobacteria e Firmicutes os maiores índices foram os encontrados para solos sob eucalipto. O filo α-Proteobacteria foi o caracterizado como o dominante em Latossolo e Neossolo, tanto nos sob eucalipto como nos sob mata nativa. A diversidade em Firmicutes e γ-Proteobacteria foi também expressiva, porém em Actinobacteria e β-Proteobacteria a diversidade foi menor em todas as áreas em estudo. As médias dos índices de diversidade de filos considerando as classes de solo foram maiores em Latossolo, excetuando-se a de Firmicutes, em que a maior diversidade foi em solo sob eucalipto. O maior índice de diversidade de Eubacteria em solos sob mata dos que nos solos sob eucalipto corroborou a afirmativa de que a cobertura vegetal determina alterações na diversidade da comunidade microbiana.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 577759 bytes, checksum: 8b7270200348b4cbbdc4f40d5e821098 (MD5) Previous issue date: 2010-08-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aimed to study the diversity of endophytic bacteria associated to Coffea arabica L. fruit during their development. Seven monthly collections were conducted, following coffee fruit development in homogeneous stand of Catuai Vermelho coffee cultivar plantation. Each sample was processed according to protocol aiming to obtain total DNA from the endophytic bacterial community, associated to each stage of fruit development. The strategy of rDNA16S amplification through the Nested-PCR technique and DGGE discrimination were applied. The total population of endophytic bacteria and the phylos Actinobacteria, Firmicutes and Proteobacteria (alpha, beta and gamma classes) were investigated. The analysis of each gel, representing the evolution of a population along time, was carried out using the program Bionumerics®. The existence of endophytic bacteria associated to coffee fruit since the first month of their development was confirmed, by using the universal primer for Eubacteria. Based on the similarity between the distribution pattern of the OTUs on the rays representing the two final months of fruit development, it was inferred that the populations tend to stabilize. Less similarity between the endophytic populations, present in the different phases of fruit development, was confirmed in the phylo Firmicutes, while the beta-Proteobacteria displayed greater similarity among the different phases of fruit development. Amplification of the rDNA by Nested PCR and DGGE discrimination were found to be adequate to distinguish the alteration dynamics among the phylo populations and the bacterial classes studied. / Neste trabalho foi estudada a diversidade de bactérias endofíticas associadas a frutos de Coffea arabica L. durante o seu desenvolvimento. Foram realizadas sete coletas mensais, acompanhando o desenvolvimento dos frutos em cafeeiros de um talhão homogêneo de lavoura do cultivar Catuaí Vermelho. Cada amostra foi processada seguindo protocolo para obter o DNA total da comunidade bacteriana endofítica, associada a cada estádio de desenvolvimento do fruto. Foi empregada a estratégia de amplificação do rDNA16S pela técnica de Nested-PCR e discriminação em DGGE. A população total de bactérias endofíticas e os filos Actinobacteria, Firmicutes e Proteobacteria (classes alfa, beta e gama) foram investigados. A análise de cada gel, representando a evolução de uma população ao longo do tempo, foi realizada empregando o programa Bionumerics®. Demonstrou-se a existência de populações de bactérias endofíticas associadas aos frutos de café desde o primeiro mês de seu desenvolvimento, com emprego do primer universal para Eubacteria. Pela maior similaridade entre o padrão de distribuição das UTOs nas raias que representam os dois meses finais de desenvolvimento dos frutos inferiu-se que as populações tendem para a estabilização. A menor similaridade entre as populações endofíticas, presentes nas diferentes fases de desenvolvimento dos frutos, foi constatada no filo Firmicutes, enquanto as beta- Proteobacteria exibiram maior similaridade entre as diferentes fases de desenvolvimento dos frutos. A amplificação do rDNA por Nested PCR e discriminação em DGGE mostrou-se adequada para a distinção da dinâmica de alterações nas populações entre os filos e as classes de bactérias estudadas.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1207373 bytes, checksum: f279fd080120df1d02002fe650c0e5bf (MD5) Previous issue date: 2008-08-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The complexity and limited knowledge of the epiphytic and endophytic microbiota in coffee cherries, especially the unculturable ones, make it a challenging task the characterization of this microbiodiversity and its possible role as producers of precursors to compounds inherent to higher quality coffees. The present study was conducted to evaluate the diversity of endophytic bacteria in coffee cherries (Coffea arabica L.) from plantations located in North Zona da Mata, Minas Gerais, Brazil. Fragments of 16S rDNA were PCR-amplified using specific primers for the phyla Actinobacteria, Firmicutes, and Proteobacteria classes α, β and γ, using as template metagenomic DNA extracted from coffee cherries. Amplicons were evaluated by Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) fingerprinting and also used to create a library of 16S rDNA clones. PCR-DGGE showed a variable genetic diversity profile in the DNA sample and revealed at least 38 Operational Taxonomic Units (OTU). PCR products sequenced showed that the endophytic bacterial community is composed, in addition to others, by representatives phylogenetically affiliated to the phyla Firmicutes and Proteobacteria, classes β and γ, for both cultivated and uncultivated microorganisms. The presence of endophytic bacteria belonging to Burkholderia and Klebsiela oxytoca is suggested based on the phylogenetic analyses of sequenced DNA fragments purified from the bands of the xviDGGE gels. A total of 50 clones of endophytic γ-Proteobacteria and 25 clones of endophytic Firmicutes from the 16S rDNA library were partially sequenced and identified. The result of sequence analyses showed three genera of Firmicutes among which 60% showed high identity with Bacillus, 8% with Staphylococcus, and 4% with Paenibacillus. Rarefaction and coverage analyses showed that the number of clones screened from the bacterial clone library was sufficient to reflect the diversity of endophytic Firmicutes in coffee cherries and that the number of unique sequence types sampled from this library approached the total number of unique sequences within the library. The populations of endophytic bacteria in coffee cherries are diverse and cover different phyla. In this study, for the first time, a library of 16S rDNA clones was constructed to access the diversity of endophytic bacteria in coffee cherries, both of culturable and unculturable microorganisms. The functional role of these bacteria in coffee cherries, as well as the genetic and functional diversity of other groups of microorganisms, is under investigation. The knowledge on this diversity is essential to determine the role of endophytic microorganisms in the production and interchange of precursors metabolites associated with the highest quality of the coffee beverage. Additionally, these studies will help the understanding of the physiological and genetic principles involved in the complex host-microorganism and microorganism-microorganism interactions. / A complexidade da microbiota epifítica e endofítica presente em frutos de café e o limitado conhecimento dos microrganismos, especialmente dos nãocultiváveis, dificultam a caracterização da microbiodiversidade e da possível atividade e contribuição dela para a formação de precursores de compostos que definem a qualidade superior da bebida do café. O presente estudo teve como objetivo avaliar a diversidade bacteriana endofítica associada aos frutos de café (Coffea arabica L.) coletados em fazenda localizada na Zona da Mata Norte de Minas Gerais, Brasil. Fragmentos de rDNAs 16S foram diretamente amplificados por Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) a partir de primers específicos para os filos Actinobacteria, Firmicutes e Proteobacteria pertencentes às classes α, β e γ, utilizando, como molde, DNA metagenômico extraído de frutos de café. Os amplicons foram submetidos à Eletroforese em Gel com Gradiente Desnaturante (DGGE) e utilizados para construção de bibliotecas de clones de rDNAs 16S. A PCR-DGGE mostrou variado perfil de diversidade genética na amostra de DNA, com a presença de pelo menos 38 Unidades Taxonômicas Operacionais (UTOs). Os produtos de PCR purificados e seqüenciados mostraram que a comunidade de bactérias endofíticas é composta, entre outros, por representantes relacionados filogeneticamente aos filos Firmicutes e Proteobacteria pertencentes às classes β e γ, dentre os quais se destacam microrganismos cultiváveis e não-cultiváveis. A presença de bactérias endofíticas pertencentes ao gênero Burkholderia e à espécie Klebsiela oxytoca é sugerida com base nas análises filogenéticas realizadas a partir do seqüenciamento de DNA obtido de bandas purificadas do gel de DGGE. Um total de 50 clones positivos da biblioteca de rDNAs 16S de γ-Proteobacteria endofíticas e 25 clones positivos da biblioteca de rDNAs 16S de Firmicutes endofíticos foram parcialmente seqüenciados e identificados. O resultado da análise das seqüências mostrou 3 gêneros de Firmicutes na biblioteca de rDNAs 16S, sendo que 60% mostraram alta identidade com Bacillus, 8% com Staphylococcus e 4% com Paenibacillus. Análises de rarefação e de cobertura mostraram que a biblioteca foi representativa e suficiente para refletir a diversidade de Firmicutes endofíticos de frutos de café e que a seqüência única detectada na amostra aproxima-se do número total de seqüências únicas dentro desta biblioteca. As populações de bactérias endofíticas presentes em frutos de café são diversas e compreendem diferentes filos. Neste estudo foi construída, pela primeira vez, uma biblioteca de clones de rDNAs 16S para acessar a diversidade de bactérias endofíticas, cultiváveis e não-cultiváveis, em frutos de café. O papel funcional dessas bactérias nos frutos de café, assim como a diversidade genética e funcional de outros grupos de microrganismos, continua sendo investigado. O conhecimento dessa diversidade é de fundamental importância para se determinar a participação destes microrganismos na produção e interconversão de metabólitos precursores daqueles que estão associados à qualidade superior da bebida do café. Adicionalmente, esses estudos podem auxiliar no entendimento dos princípios fisiológicos e genéticos envolvidos nas complexas interações microrganismo-hospedeiro e microrganismo-microrganismo.

O algodão transgênico Bollgard® (algodão Bt) contém o gene cry1Ac da bactéria Bacillus thuringiensis, que confere a planta resistência a Lepidopteros. A expressão deste gene na planta pode acarretar efeitos ecológicos adversos à microbiota do solo e da rizosfera. Em casa-de-vegetação, a comunidade bacteriana associada ao algodão Bt foi comparada a do algodão convencional, em dois tipos de solos e quatro estádios fenológicos. Amostras de rizosfera foram avaliadas por técnicas dependentes e independentes de cultivo. As técnicas de contagem de bactérias e DGGE permitiram observar os efeitos do algodão Bt na densidade e diversidade de Pseudomonas e bactérias totais, durante os estádios iniciais de desenvolvimento da planta. A toxina Cry foi detectada na rizosfera de algodão Bt, em todo ciclo da cultura. Nas fases de formação do botão floral e abertura das maçãs, a atividade microbiana foi maior na rizosfera do algodão Bt. Esses resultados indicam o potencial do ambiente rizosférico em reestabelecer à estrutura da comunidade bacterina após um impacto temporal. / The transgenic cotton Bollgard® (Bt cotton) contains the cry1Ac gene from the Bacillus thuringiensis bacterium, which confers the plant resistance against some insects. The expression of this gene in the plant can cause adverse ecological effects on soil and rhizosphere microbiota. In a greenhouse experiment, the bacterial community associate to Bt cotton was compared to non-transgenic parental cultivar plants, in two types of soil at different plant development stages. Rhizosphere communities were evaluated by culture-dependent and independent approaches. Results reveal the effect of the Bt cotton in the density and diversity of Pseudomonas and total bacteria, during initial plant development stages. The Cry toxin was detected in the rhizosphere of Bt cotton, during all plant cycle. In the phases of flower formation and fruit opening, the microbial activity was greater in the rhizosphere of Bt cotton. These results show the potential of the rhizosphere to reestablish the original structure of the bacterial community after a temporary impact.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre_ Carvalho de Moura.pdf: 1339346 bytes, checksum: c6c44c93413060ef90d9799424d1bb5d (MD5) Previous issue date: 2015-02-24 / wastewater use in agricultural soils has been adapted as an important pratice for agriculture. Due to the reduction of the availability of the quality of water resources is becoming increasingly important to add value to the use of water. The swine wastewater is rich in organic matter, composed of various elements of chemical origin, physical and biological. Its addition in soil and water resources without previous studies and knowledge of its components, can cause changes in the soil, contamination of surface and groundwater, biology changes in these environments, as well as the contribution and accumulation of groups of microorganisms in the environment, including pathogens. Most studies on swine wastewater, mainly in Brazil, are restricted to its physical and chemical components, evaluating its impact directly on the ground, water bodies or in plant productivity. Few studies focus on the microbial composition of this type of waste and especially on the risk of environmental contamination by pathogenic microorganisms or even on the impact of this element in the soil microbial community. Thus these animal manure may have an important role as initiators of infectious diseases in animals and humans. Thus, this thesis consists of two papers. In the first article, a study was done to check the bacterial composition present in swine wastewater, and to verify the possibility of eliminating these microorganisms through the main anaerobic treatment systems used in Brazil. It was evaluated in particular pathogenic microorganisms of gastrointestinal origin of the pigs and microbial environmental markers. The wastewater samples were taken from pig farms that use bio-manure storage tanks and digesters as treatment methods for the waste. The results clearly showed the presence of biomarkers and pathogens in swine wastewater. Despite the possibility of decrease of certain microbial groups throughout the stages of the treatment process, no elimination of pathogens in either treatment systems. Thus, demonstrates the possibility of the spread of pathogens and microorganisms in the environment. In the second paper, the objective was to evaluate the effect of application of swine wastewater associated with mineral fertilizer in agriculture, after a long time of application of swine wastewater in the soil microbial community. Thus, samples were collected from soils after 18 production culture cycles, with the application of wastewater from pig farms and assessed the quantitative effects (basal respiration, microbial biomass and metabolic quotient) and qualitative (DGGE, biodiversity indices, correlation between the chemical conditions and soil microbial activity) in the soil microbial community. The results showed that the application of swine wastewater, especially after long time and in higher concentrations, can change the dynamics of soil microbial community, impacting the dump site. The results of these studies show the need for further studies to apply this type of waste in agricultural soils, in order to minimize the risk of environmental contamination and/ or spread of pathogens. / A utilização de água residuária em solos agrícolas vem sendo praticada como importante opção para agricultura. Devido à redução na disponibilidade de recursos hídricos, a reutilização de água residuária vem ganhando espaço na agricultura com a agregação de valor para o uso de água. A água residuária da suinocultura é rica em matéria orgânica, composta por diferentes elementos de origem química, física e biológica. Sua adição no solo e recursos hídricos, sem estudos prévios e conhecimento de seus componentes, pode provocar contaminação de águas superficiais e subterrâneas, alterações da biologia destes ambientes, bem como o aporte e acúmulo de grupos de microrganismos no ambiente, incluindo patógenos. A maior parte dos estudos sobre água residuária da suinocultura, principalmente no Brasil, se restringe aos seus componentes físicos e químicos, avaliando seu impacto diretamente sobre o solo, corpos d´agua ou na produtividade vegetal. Poucos estudos se concentram na composição microbiana deste tipo de resíduo e principalmente sobre o risco de contaminação ambiental por microrganismos patogênicos ou mesmo sobre o impacto deste elemento na comunidade microbiana do solo. Desta forma estes dejetos animais podem apresentar importante papel como iniciadores de doenças infecciosas em animais e seres humanos. Este trabalho de tese é constituído de dois artigos. No primeiro artigo, foi feito um estudo para verificar a composição bacteriana presente na água residuária da suinocultura, bem como verificar a possibilidade de eliminação destes microrganismos através dos principais sistemas de tratamento anaeróbicos utilizados no Brasil. Foram avaliados em especial os microrganismos patogênicos, de origem gastrointestinal dos suínos e bioindicadores microbianos. As amostras de água residuária utilizadas foram provenientes de granjas que utilizavam de sistemas anaeróbicos com esterqueiras e biodigestores no tratamento do resíduo. Os resultados obtidos mostraram claramente a presença de coliformes, mesofilos aeróbios, bolores e leveduras, enterococos e patógenos na água residuária da suinocultura. Apesar da possibilidade de decréscimo de determinados grupos microbianos ao longo das etapas dos processos de tratamento, não houve eliminação de patógenos em nenhum dos dois sistemas de tratamento, o que pode possibilitar a disseminação de microrganismos e patogenos no meio ambiente. No segundo artigo, o objetivo foi avaliar o efeito da aplicação da água residuária da suinocultura associada a adubação mineral, em área agrícola, após longo tempo de aplicação, na comunidade bacteriana do solo. Assim, foram coletadas amostras de solo com 18 ciclos de produção, com aplicação de água residuária de suinocultura e avaliados os efeitos quantitativos (respiração basal, biomassa microbiana e quociente metabólico) e qualitativos (DGGE) na comunidade bacteriana do solo. Os resultados mostraram que a aplicação de água residuária da suinocultura, principalmente após longo tempo e em concentrações maiores, pode alterar a dinâmica da comunidade bacteriana do solo, impactando no local de despejo. Os resultados dos artigos mostram a necessidade de maiores estudos para aplicação deste tipo de resíduo na agricultura, a fim de minimizar os riscos de contaminação ambiental e ou disseminação de patógenos.

A diversidade microbiana é geralmente considerada por seu papel nos principais processos do ecossistema, tais como a decomposição da matéria orgânica e ciclos biogeoquímicos. No entanto, informações sobre o impacto da diversidade em funções menores, como degradação de xenobióticos são escassas. Nós estudamos a partir da abordagem da \'diluição para extinção\', o papel da diversidade sobre a capacidade da comunidade microbiana em degradar o fungicida clorotalonil (organoclorado). Também estudamos o comportamento da comunidade bacteriana após aplicação do pesticida no solo com e sem biochar. A diversidade microbiana do solo natural foi alterada artificialmente por diluição, constituindo um gradiente de diversidade (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), seguido pela inoculação em amostras de solo estéril e posterior reestruturação (15 dias). Após a reestruturação da comunidade, as amostras foram manejadas com biochar (1% m/m) e tratadas com a dose de campo do CHT. O comportamento da comunidade bacteriana foi estudo por PCR-DGGE e qPCR do gene 16S rDNA através de um experimento com molécula fria (não radiomarcada). Enquanto a capacidade de degradação do CHT foi estudada por radiorespirometria (14C-CHT). Inicialmente, a comunidade de bactérias foi influenciada pelo gradiente de diversidade obtido por diluição. A separação dos grupos bacterianos se mostrou bastante similar nos três primeiros períodos pré-aplicação do CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6), enquanto que no período de 15 dias, a dinâmica de grupos foi alterada (SN > 10-1 > 10-3 - 10-6). O fungicida e o biochar não exerceram efeitos na comunidade bacteriana no tempo zero (imediatamente após a aplicação), a modificação no perfil da comunidade foi atribuído à diluição. Nos períodos de 21 e 42 dias, o perfil comunidade bacteriana apresentou forte modificação. Os grupos bacterianos se mostraram mais dispersos quando considerado somente o CHT. Embora, a análise de ANOSIM indicou não haver diferença nas amostras com e sem biochar, sugerindo que o clorotalonil foi quem mais contribuiu na dispersão dos grupos bacterianos. No período de 42 d, a comunidade apresentou resposta positiva, sendo observado aumentos no número de bandas e no índice de Shannon em todos tratamentos. Isto possivelmente, devido a menor concentração do fungicida disponível na solução do solo, diminuindo assim, os efeitos deletérios sobre a comunidade. Os dados de qPCR não apresentaram alteração no número de copias do gene 16S rDNA em todos os tratamentos. A remoção da diversidade impactou fortemente a capacidade da comunidade bacteriana de degradar o clorotalonil. Apesar da capacidade de degradar não ter sido perdida, a mínima alteração na diversidade promoveu elevada redução na taxa de mineralização do CHT. A dissipação do CHT se mostrou rápida (D50 < 1 dia) em todos os tratamentos, além disso, a formação de 14C-resíduos não extraíveis foi constituiu um dos principais mecanismos de dissipação do CHT. A partir da degradação do fungicida, foram detectados três metabólitos. Conclui-se que a modificação por diluição da diversidade bacteriana promoveu impacto negativo na mineralização do clorotalonil. E que a formação de resíduos não extraíveis consistiu no principal mecanismo de dissipação do CHT em ambos solos. / Microbial diversity is generally considered for his role in key ecosystem processes, such as decomposition of organic matter and biogeochemical cycles. However, information about the impact of diversity on minor functions, such as degradation of xenobiotics is scant. We study from the approach of \'dilution to extinction\', the role of diversity on the capacity of microbial community to degrade the chlorothalonil (organochlorine). We also studied the behavior of bacterial community after applying the pesticide in the soil with and without biochar. Microbial diversity of the soil natural (control) was artificially altered by dilution, forming a gradient of diversity (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), followed by inoculation in sterile soil samples and subsequent restructuring (15 days). After of the community restructuring, the samples were handled with biochar (1% w/w) and treated with the chlorothalonil field dose. The behavior of the bacterial community was studied by PCR-DGGE and qPCR of the 16S rDNA gene through an experiment with cold molecule (no radiolabeled). While the CHT degradation capacity was studied by radiorespirometry (14C-CHT). Initially, the community of bacteria was influenced by the diversity gradient obtained by dilution. The separation of bacterial groups showed very similar in the first three pre-application periods of the CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6). While in the period of 15 days, the group dynamic has changed (SN > 10-1 > 10-3 e 10-6). During periods of 21 and 42 days, the profile bacterial community showed strong modification. The bacterial groups were more dispersed when only considered the CHT. Although, the ANOSIM analysis indicated no difference in samples with and without biochar, suggesting that chlorothalonil who has contributed the most in the dispersion of bacterial groups. In the period of 42 days, the community presented a positive response, being observed increases in the number of bands and Shannon-Weiner index in all treatments. This possibly due to less concentration of fungicide available in soil solution, thus reducing, the deleterious effects on the community. The qPCR dates showed no change in the number of copies of the 16S rDNA gene in all treatments. The removal of microbial strongly impacted the ability of the bacterial community to degrading chlorothalonil. Despite the ability to degrade not having been lost, the minimum change in diversity promoted high reduction in the rate of mineralization CHT. The dissipation of the CHT showed quick (D50 < 1 d) in all treatments, in addition, the formation of non-extractable 14C-residues was one of the main mechanisms of dissipation of the CHT. From the degradation of chlorothalonil, three metabolites were detected. We conclude that modification by dilution of the bacterial diversity had a negative impact on the mineralization of chlorothalonil. And the formation of non-extractable residues consisted in the main CHT dissipation mechanism in both soils.