Nostoc é um gênero cianobacteriano com distribuição ubíqua que tem importância em diversos ecossistemas. Contudo, poucos genomas estão atualmente disponíveis para esse gênero. Enquanto Nostoc spp. são as cianobactérias mais comumente relatadas em relações simbióticas com fungos, animais, plantas e outros organismos, associações com outros micro organismos não receberam atenção similar. Como consequência das fortes interações entre cianobactérias e heterótrofos, culturas não axênicas são geralmente obtidas no isolamento dessas bactérias, o que proporciona uma oportunidade interessante para o desenvolvimento tanto de estudos genômicos quanto metagenômicos. Este trabalho teve como objetivo investigar as características genômicas e funcionais da linhagem Nostoc sp. CENA67, isolada de terra preta antropogênica, bem como estudar sua comunidade associada. Para esse fim, células de uma cultura não axênica de Nostoc sp. CENA67 foram sequenciadas com as plataformas MiSeq e Ion PGM e analisados com ferramentas genômicas e metagenômicas. A linhagem CENA67 de fato pertence à família Nostocaceae e possui algumas características em comum com cianobactérias do gênero Nostoc, porém diverge em certos aspectos morfológicos e filogenéticos do grupo típico de Nostoc, sugerindo que seja representante de um novo táxon. Além disso, seu genoma apresenta diferenças em relação aos genomas atualmente disponíveis para cianobactérias relacionadas ao gênero. A mineração desse genoma revelou 31 agrupamentos gênicos hipoteticamente relacionados à síntese de metabólitos secundários, a maioria dos quais não mostrou similaridade significativa com agrupamentos conhecidos. A análise de um agrupamento gênico de microviridina desvendou uma maior diversidade de genes para precursores dessa molécula do que se acreditava anteriormente, sugerindo que um número considerável de variantes ainda está a ser descoberta. A análise taxonômica da comunidade associada confirmou a dominância de cianobactérias na cultura, mas também revelou a presença de grande número de gêneros microbianos que normalmente são capazes de fixar nitrogênio atmosférico e estabelecer simbiose com plantas, incluindo Mesorhizobium, Sinorhizobium e Starkeya, entre outros. Rascunhos genômicos foram obtidos para Bradyrhizobium diazoefficiens, Bradyrhizobium japonicum, Burkholderia lata e Hyphomicrobium nitrativorans. Todavia, genes para fixação de nitrogênio não foram detectados nesses genomas, apesar de serem encontrados no genoma da cianobactéria e no metagenoma da comunidade, o que sugere que algumas populações podem estar sob pressão de seleção para a perda da capacidade de fixação de nitrogênio, provavelmente devido a este nutriente estar sendo fornecido pelo organismo mais abundante nesta comunidade, a cianobactéria. A análise funcional indicou vias exclusivas tanto à cianobactéria quanto à comunidade associada, e sugeriu a complementariedade de certos metabolismos. Os resultados possibilitam o aumento do conhecimento sobre a diversidade molecular e química do filo Cyanobacteria e levantam possíveis interações com micro organismos simbiontes / Nostoc is a cyanobacterial genus with ubiquitous distribution that is important in several ecosystems. However, few genomes are currently available for this genus. While Nostoc spp. are the most commonly reported cyanobacteria in symbiotic relationship with fungi, animals, plants, and other organisms, associations with other microorganisms have not received similar attention. As a consequence of tight interactions between cyanobacteria and heterotrophs, non-axenic cultures are usually achieved in the isolation of these bacteria, which provides an interesting opportunity for carrying out both genomic as metagenomic studies. This work aimed to investigate the genomic and functional characteristics of the strain Nostoc sp. CENA67, isolated from anthropogenic dark earth, and to study its associated community. For this purpose, cells from a non-axenic culture of Nostoc sp. CENA67 were sequenced with the platforms MiSeq and Ion PGM and analyzed with genomic and metagenomic tools. The strain CENA67 indeed belongs to the family Nostocaceae and presents some characteristics in common with cyanobacteria of the genus Nostoc, but diverges in certain morphological and phylogenetic aspects of the typical Nostoc group, suggesting that it is a representative of a new taxon. In addition, its genome presents differences in relation to the genomes currently available for cyanobacteria related to this genus. Genome mining revealed 31 gene clusters hypothetically related to the synthesis of secondary metabolites, most of which did not show significant similarity to known clusters. The analysis of a microviridin gene cluster unveiled a larger diversity of precursor genes for this molecule than was previously believed, suggesting that a considerable number of variants is still to be found. The taxonomic analysis of the associated community confirmed the dominance of cyanobacteria in the culture, but also revealed the presence of a great number of microbial genera that are usually capable of fixing atmospheric nitrogen and establishing symbiosis with plants, including Mesorhizobium, Sinorhizobium, and Starkeya, among others. Genomic drafts were obtained for Bradyrhizobium diazoefficiens, Bradyrhizobium japonicum, Burkholderia lata, and Hyphomicrobium nitrativorans. Nevertheless, genes for nitrogen fixation were not detected in these genomes, despite being found in the cyanobacterial genome and the community metagenome, suggesting that some populations might be under selection pressure for the loss of the ability to fix nitrogen, probably due to this nutrient being provided for the most abundant organism in this culture, the cyanobacterium. Functional analysis indicated pathways exclusive both to the cyanobacterium as to the associated community, and suggested the complementarity of certain metabolisms. The results allow the increase of the knowledge about the molecular and chemical diversity of the phylum Cyanobacteria and raise possible interactions with symbiotic microorganisms

Nostoc é um gênero cianobacteriano com distribuição ubíqua que tem importância em diversos ecossistemas. Contudo, poucos genomas estão atualmente disponíveis para esse gênero. Enquanto Nostoc spp. são as cianobactérias mais comumente relatadas em relações simbióticas com fungos, animais, plantas e outros organismos, associações com outros micro organismos não receberam atenção similar. Como consequência das fortes interações entre cianobactérias e heterótrofos, culturas não axênicas são geralmente obtidas no isolamento dessas bactérias, o que proporciona uma oportunidade interessante para o desenvolvimento tanto de estudos genômicos quanto metagenômicos. Este trabalho teve como objetivo investigar as características genômicas e funcionais da linhagem Nostoc sp. CENA67, isolada de terra preta antropogênica, bem como estudar sua comunidade associada. Para esse fim, células de uma cultura não axênica de Nostoc sp. CENA67 foram sequenciadas com as plataformas MiSeq e Ion PGM e analisados com ferramentas genômicas e metagenômicas. A linhagem CENA67 de fato pertence à família Nostocaceae e possui algumas características em comum com cianobactérias do gênero Nostoc, porém diverge em certos aspectos morfológicos e filogenéticos do grupo típico de Nostoc, sugerindo que seja representante de um novo táxon. Além disso, seu genoma apresenta diferenças em relação aos genomas atualmente disponíveis para cianobactérias relacionadas ao gênero. A mineração desse genoma revelou 31 agrupamentos gênicos hipoteticamente relacionados à síntese de metabólitos secundários, a maioria dos quais não mostrou similaridade significativa com agrupamentos conhecidos. A análise de um agrupamento gênico de microviridina desvendou uma maior diversidade de genes para precursores dessa molécula do que se acreditava anteriormente, sugerindo que um número considerável de variantes ainda está a ser descoberta. A análise taxonômica da comunidade associada confirmou a dominância de cianobactérias na cultura, mas também revelou a presença de grande número de gêneros microbianos que normalmente são capazes de fixar nitrogênio atmosférico e estabelecer simbiose com plantas, incluindo Mesorhizobium, Sinorhizobium e Starkeya, entre outros. Rascunhos genômicos foram obtidos para Bradyrhizobium diazoefficiens, Bradyrhizobium japonicum, Burkholderia lata e Hyphomicrobium nitrativorans. Todavia, genes para fixação de nitrogênio não foram detectados nesses genomas, apesar de serem encontrados no genoma da cianobactéria e no metagenoma da comunidade, o que sugere que algumas populações podem estar sob pressão de seleção para a perda da capacidade de fixação de nitrogênio, provavelmente devido a este nutriente estar sendo fornecido pelo organismo mais abundante nesta comunidade, a cianobactéria. A análise funcional indicou vias exclusivas tanto à cianobactéria quanto à comunidade associada, e sugeriu a complementariedade de certos metabolismos. Os resultados possibilitam o aumento do conhecimento sobre a diversidade molecular e química do filo Cyanobacteria e levantam possíveis interações com micro organismos simbiontes / Nostoc is a cyanobacterial genus with ubiquitous distribution that is important in several ecosystems. However, few genomes are currently available for this genus. While Nostoc spp. are the most commonly reported cyanobacteria in symbiotic relationship with fungi, animals, plants, and other organisms, associations with other microorganisms have not received similar attention. As a consequence of tight interactions between cyanobacteria and heterotrophs, non-axenic cultures are usually achieved in the isolation of these bacteria, which provides an interesting opportunity for carrying out both genomic as metagenomic studies. This work aimed to investigate the genomic and functional characteristics of the strain Nostoc sp. CENA67, isolated from anthropogenic dark earth, and to study its associated community. For this purpose, cells from a non-axenic culture of Nostoc sp. CENA67 were sequenced with the platforms MiSeq and Ion PGM and analyzed with genomic and metagenomic tools. The strain CENA67 indeed belongs to the family Nostocaceae and presents some characteristics in common with cyanobacteria of the genus Nostoc, but diverges in certain morphological and phylogenetic aspects of the typical Nostoc group, suggesting that it is a representative of a new taxon. In addition, its genome presents differences in relation to the genomes currently available for cyanobacteria related to this genus. Genome mining revealed 31 gene clusters hypothetically related to the synthesis of secondary metabolites, most of which did not show significant similarity to known clusters. The analysis of a microviridin gene cluster unveiled a larger diversity of precursor genes for this molecule than was previously believed, suggesting that a considerable number of variants is still to be found. The taxonomic analysis of the associated community confirmed the dominance of cyanobacteria in the culture, but also revealed the presence of a great number of microbial genera that are usually capable of fixing atmospheric nitrogen and establishing symbiosis with plants, including Mesorhizobium, Sinorhizobium, and Starkeya, among others. Genomic drafts were obtained for Bradyrhizobium diazoefficiens, Bradyrhizobium japonicum, Burkholderia lata, and Hyphomicrobium nitrativorans. Nevertheless, genes for nitrogen fixation were not detected in these genomes, despite being found in the cyanobacterial genome and the community metagenome, suggesting that some populations might be under selection pressure for the loss of the ability to fix nitrogen, probably due to this nutrient being provided for the most abundant organism in this culture, the cyanobacterium. Functional analysis indicated pathways exclusive both to the cyanobacterium as to the associated community, and suggested the complementarity of certain metabolisms. The results allow the increase of the knowledge about the molecular and chemical diversity of the phylum Cyanobacteria and raise possible interactions with symbiotic microorganisms

A filosfera da Mata Atlântica é um importante nicho de colonização por micro-organismos, cuja comunidade ainda é pouco conhecida. Algumas bactérias associadas à superfície das folhas possuem habilidade de fixar nitrogênio, mineralizar substratos orgânicos e também suprir as árvores com dióxido de carbono e fatores de crescimento. Este trabalho teve como objetivo gerar informações sobre a comunidade cianobacteriana que coloniza a filosfera de algumas plantas da Mata Atlântica e investigar a comunidade diazotrófica presente nesse habitat. Um total de 40 linhagens de cianobactérias da filosfera de Merostachys neesii (bambu), Euterpe edulis (palmeira Juçara), Guapira opposita e Garcinia gardneriana foram isoladas e cultivadas. Os isolados foram caracterizados por análises morfológicas e filogenia do gene 16S RNAr. Essa abordagem permitiu a identificação de uma linhagem do gênero Nostoc, sete Desmonostoc, seis Leptolyngbya, uma Oculatella, cinco Brasilonema, uma Pleurocapsa e duas Chroococcidiopsis. Dezessete linhagens (uma Microchaetaceae, dez Nostocaceae e seis Pseudanabaenaceae) não puderam ser identificadas ao nível de gênero. Vinte e seis linhagens (24 pertencentes às ordens Nostocales e duas à Pseudanabaenales) foram caracterizadas como diazotróficas pela amplificação, sequenciamento e filogenia do gene nifH. Além disso, caracterizou-se o perfil de fixação biológica de nitrogênio da linhagem Desmonostoc sp. CENA362. Com relação ao potencial biotecnológico dessas linhagens, treze isolados foram identificados como potenciais produtores de ácido indol acético (IAA) de acordo com o teste Salkowski. Diversas linhagens apresentaram genes associados à via biossintética do inibidor de protease microviridina, sendo que três delas codificam para novas variantes. Além disso, dez linhagens foram identificadas como potenciais produtoras aeruginosina, três de cianopeptolina e três de microcistina. A comunidade bacteriana diazotrófica avaliada por pirosequenciamento do gene nifH apresentou um perfil de variação espécie-específica para Proteobacteria e uma correlação positiva entre a riqueza e a fixação biológica de nitrogênio. Neste estudo, cianobactérias que habitam a filosfera da Mata Atlântica foram isoladas estão sendo mantidas em condições de cultivo. Novos táxons foram descobertos e vários gêneros conhecidos foram descritos pela primeira vez neste hábitat, o que contribuiu para o aprimoramento da sistemática de Cyanobacteria. As linhagens em cultivo e as informações geradas sobre os seus compostos metabólitos representam uma valiosa fonte para estudos posteriores. Além disso, informações sobre a comunidade bacteriana diazotrófica da filosfera pode auxiliar no entendimento da dinâmica do nitrogênio, elemento limitante e pouco disponível na Mata Atlântica / The phyllosphere of the Atlantic Forest is an important niche for colonization by microorganisms, whose community is still little known. Some bacteria associated with leaf surfaces may possess the ability to fix nitrogen, mineralize the organic substrates and also supply the trees with carbon dioxide and growth factors. Therefore, this study aimed to generate information about cyanobacterial community that colonize the phyllosphere of some plants of the Atlantic Forest and investigated the diazotrophic community in this habitat. A total of 40 strains of Cyanobacteria from the phyllosphere of Merostachys neesii (bamboo), Euterpe edulis (Juçara palm), Garcinia gardneriana and Guapira opposita was isolated and cultivated. The isolates were characterized by morphological analyses and phylogeny of the 16S rRNA gene. This approach allowed the identification of one strain of the genus Nostoc, seven Desmonostoc, six Leptolyngbya, one Oculatella, five Brasilonema, one Pleurocapsa and two Chroococcidiopsis. Seventeen strains (one Microchaetaceae, ten Nostocaceae and six Pseudanabaenaceae) could not be identified at the genus level. Twenty-six strains (24 belonging to Nostocales and two belonging to Pseudanabaenales) were characterized as diazotrophic by amplification, sequencing and phylogeny of nifH gene. Also, it was characterized the profile of biological nitrogen fixation for the strain Desmonostoc sp. CENA362. Regarding the biotechnological potential of these strains, thirteen strains were identified as potential producers of indole acetic acid (IAA) according to Salkowski test. Several strains presented genes involved in the biosynthetic pathway of the protease inhibitor microviridin, three of them encoding putative novel variants. Moreover, ten strains were identified as potential producers of aeruginosin, three of cyanopeptolin and three of microcystin. The diazotrophic bacterial community evaluated by pyrosequencing of the nifH gene showed a profile of variation plant species-specific for Proteobacteria, and a positive correlation between richness and biological nitrogen fixation. In this study, cyanobacteria that inhabiting Brazilian Atlantic Forest phyllosphere were isolated and are been maintained in culture conditions. New taxa were discovered and several known genera were described for the first time in this habitat, which contributed to improvement of the cyanobacterial systematic. The culturable strains and the information generated about their metabolites compounds represent a valuable source for further studies. In addition, information about the diazotrophic bacterial community inhabiting the phyllosphere may help in understanding the dynamics of nitrogen, a limiting and low available element in Atlantic Forest

A filosfera da Mata Atlântica é um importante nicho de colonização por micro-organismos, cuja comunidade ainda é pouco conhecida. Algumas bactérias associadas à superfície das folhas possuem habilidade de fixar nitrogênio, mineralizar substratos orgânicos e também suprir as árvores com dióxido de carbono e fatores de crescimento. Este trabalho teve como objetivo gerar informações sobre a comunidade cianobacteriana que coloniza a filosfera de algumas plantas da Mata Atlântica e investigar a comunidade diazotrófica presente nesse habitat. Um total de 40 linhagens de cianobactérias da filosfera de Merostachys neesii (bambu), Euterpe edulis (palmeira Juçara), Guapira opposita e Garcinia gardneriana foram isoladas e cultivadas. Os isolados foram caracterizados por análises morfológicas e filogenia do gene 16S RNAr. Essa abordagem permitiu a identificação de uma linhagem do gênero Nostoc, sete Desmonostoc, seis Leptolyngbya, uma Oculatella, cinco Brasilonema, uma Pleurocapsa e duas Chroococcidiopsis. Dezessete linhagens (uma Microchaetaceae, dez Nostocaceae e seis Pseudanabaenaceae) não puderam ser identificadas ao nível de gênero. Vinte e seis linhagens (24 pertencentes às ordens Nostocales e duas à Pseudanabaenales) foram caracterizadas como diazotróficas pela amplificação, sequenciamento e filogenia do gene nifH. Além disso, caracterizou-se o perfil de fixação biológica de nitrogênio da linhagem Desmonostoc sp. CENA362. Com relação ao potencial biotecnológico dessas linhagens, treze isolados foram identificados como potenciais produtores de ácido indol acético (IAA) de acordo com o teste Salkowski. Diversas linhagens apresentaram genes associados à via biossintética do inibidor de protease microviridina, sendo que três delas codificam para novas variantes. Além disso, dez linhagens foram identificadas como potenciais produtoras aeruginosina, três de cianopeptolina e três de microcistina. A comunidade bacteriana diazotrófica avaliada por pirosequenciamento do gene nifH apresentou um perfil de variação espécie-específica para Proteobacteria e uma correlação positiva entre a riqueza e a fixação biológica de nitrogênio. Neste estudo, cianobactérias que habitam a filosfera da Mata Atlântica foram isoladas estão sendo mantidas em condições de cultivo. Novos táxons foram descobertos e vários gêneros conhecidos foram descritos pela primeira vez neste hábitat, o que contribuiu para o aprimoramento da sistemática de Cyanobacteria. As linhagens em cultivo e as informações geradas sobre os seus compostos metabólitos representam uma valiosa fonte para estudos posteriores. Além disso, informações sobre a comunidade bacteriana diazotrófica da filosfera pode auxiliar no entendimento da dinâmica do nitrogênio, elemento limitante e pouco disponível na Mata Atlântica / The phyllosphere of the Atlantic Forest is an important niche for colonization by microorganisms, whose community is still little known. Some bacteria associated with leaf surfaces may possess the ability to fix nitrogen, mineralize the organic substrates and also supply the trees with carbon dioxide and growth factors. Therefore, this study aimed to generate information about cyanobacterial community that colonize the phyllosphere of some plants of the Atlantic Forest and investigated the diazotrophic community in this habitat. A total of 40 strains of Cyanobacteria from the phyllosphere of Merostachys neesii (bamboo), Euterpe edulis (Juçara palm), Garcinia gardneriana and Guapira opposita was isolated and cultivated. The isolates were characterized by morphological analyses and phylogeny of the 16S rRNA gene. This approach allowed the identification of one strain of the genus Nostoc, seven Desmonostoc, six Leptolyngbya, one Oculatella, five Brasilonema, one Pleurocapsa and two Chroococcidiopsis. Seventeen strains (one Microchaetaceae, ten Nostocaceae and six Pseudanabaenaceae) could not be identified at the genus level. Twenty-six strains (24 belonging to Nostocales and two belonging to Pseudanabaenales) were characterized as diazotrophic by amplification, sequencing and phylogeny of nifH gene. Also, it was characterized the profile of biological nitrogen fixation for the strain Desmonostoc sp. CENA362. Regarding the biotechnological potential of these strains, thirteen strains were identified as potential producers of indole acetic acid (IAA) according to Salkowski test. Several strains presented genes involved in the biosynthetic pathway of the protease inhibitor microviridin, three of them encoding putative novel variants. Moreover, ten strains were identified as potential producers of aeruginosin, three of cyanopeptolin and three of microcystin. The diazotrophic bacterial community evaluated by pyrosequencing of the nifH gene showed a profile of variation plant species-specific for Proteobacteria, and a positive correlation between richness and biological nitrogen fixation. In this study, cyanobacteria that inhabiting Brazilian Atlantic Forest phyllosphere were isolated and are been maintained in culture conditions. New taxa were discovered and several known genera were described for the first time in this habitat, which contributed to improvement of the cyanobacterial systematic. The culturable strains and the information generated about their metabolites compounds represent a valuable source for further studies. In addition, information about the diazotrophic bacterial community inhabiting the phyllosphere may help in understanding the dynamics of nitrogen, a limiting and low available element in Atlantic Forest