Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-09-05T13:23:37Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1488786 bytes, checksum: fa0e1838ff1c48229a354080995a98d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-05T13:23:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1488786 bytes, checksum: fa0e1838ff1c48229a354080995a98d4 (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os vírus que infectam bactérias são os organismos mais abundantes do planeta, e desempenham importantes funções para a manutenção do ecossistema. Nos últimos anos, o uso de vírus como ferramenta de controle biológico tem ganhado bastante atenção, devido, principalmente, à dificuldade de se isolar novas drogas antimicrobianas e à seleção de bactérias resistentes às drogas já existentes. Devido a esse potencial como agentes de controle biológico, as descobertas sobre esses vírus tem aumentado o que amplia as perspectivas do manejo ecológico de doenças em plantas. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivos i) caracterizar um bacteriófago isolado de Ralstonia solanacearum proveniente do estado do Ceará, Brasil ii) caracterizar proteínas H-NS de Ralstonia solanacearum e estudar seu o efeito regulatório no sistema CRISPR-Cas. A partir de um isolado não patogênico de Ralstonia solanacearum, foi isolado um vírus filamentoso que possui um ciclo de multiplicação do tipo pseudo-lisogênico. O genoma viral foi completamente sequenciado, possui 6945 nucleotídeos e conteúdo de GC de 61,25%. A organização genômica é típica de vírus da família Inoviridae, gênero Inovirus. Comparação da sequência obtida com sequências de outros Inovirus sugere que o isolado viral é uma nova espécie do grupo φRSM, tentativamente denominada Ralstonia solanacearum Inovirus Brazil 1 (RSIBR1). Partículas de RSIBR1 foram transmitidas para R. pseudosolanacearum, que quando infectadas pelo RSIBR1 também perdeu a capacidade de causar doença em plantas de tomate, sugerindo que a infecção viral interfere com a patogenicidade de Ralstonia spp. Em estudos anteriores, foi demonstrado que o sistema CRISPR-Cas de Ralstonia solanacearum é inativo. Para avaliar se essa inatividade pode ser explicada pela presença de proteínas do tipo H-NS,foi realizada uma busca por genes que codificam H-NS no genoma de Ralstonia solanacearum. Três cópias de H-NS (H-NS 1, 2 e 3) foram localizadas no megaplasmídeo. Não foram identificadas cópias de H-NS codificadas no cromossomo bacteriano. As H-NS de Ralstonia solanacearum possuem os domínios de oligomerização e de ligação a DNA bem conservados. A análise filogenética de proteínas H-NS de diferentes bactérias agruparam de acordo com as famílias Enterobacteriaceae,Pseudomonadaceae e Ralstoniaceae. Além disso, foi observado que as proteínas H-NS da família Ralstoniaceae são altamente conservadas com H-NS codificadas por podovírus, sugerindo que as H-NS de Ralstoniaceae podem ser de origem viral. Foi realizada uma análise in silico nos promotores das proteínas CAS para verificar a presença de sítios de ligação de H-NS. Foram identificadas regiões de alto conteúdo AT, com curvatura típica potencial para a ligação de H-NS. A análise da expressão das H-NS mostrou que somente as H-NS 1 e 3 são expressas em Ralstonia solanacearum. Para confirmar que as proteínas H-NS possuem efeito regulatório na expressão dos genes Cas, foram construídos cassetes para a obtenção de mutantes para H-NS1, H-NS 2 e H-NS3. A obtenção dos mutantes e a análise da expressão dos genes Cas nos mutantes irão permitir elucidar o papel regulatório de H-NS na expressão do sistema CRISPR-Cas em Ralstonia solanacearum. / Viruses that infect bacteria are the most abundant organisms on the planet, and play important roles in maintaining the ecosystem. In recent years, the use of viruses as a biological control tool has gained a lot of attention, mainly due to the difficulty of isolating new antimicrobial drugs and the selection of bacteria resistant to existing drugs. Because of this potential as biological control agents, the findings on these viruses have increased what broadens the perspectives of the ecological management of diseases in plants. In this context, the present work had as objectives i) to characterize a bacteriophage isolated from Ralstonia solanacearum from the state of Ceará, Brazil ii) to characterize H-NS proteins of Rastonia solanacearum and to study its regulatory effect in the CRISPR-Cas system. From a non-pathogenic isolate of Ralstonia solanacearum, a filamentous virus was isolated which has a pseudo-lysogenic- like multiplication cycle. The viral genome was completely sequenced, containing 6945 nucleotides and a GC content of 61.25%. The genomic organization is typical of viruses of the family Inoviridae, genus Inovirus. Comparison of the sequences obtained with other inovirus sequences suggests that the viral isolate is a new species of the φRSS group, tentatively named Ralstonia solanacearum Inovirus Brazil 1 (RSIBR1). RSIBR1 particles were transmitted to R. pseudosolanacearum, which when infected by RSIBR1 also lost the ability to cause disease in tomato plants, suggesting that the viral infection interferes with the pathogenicity of Ralstonia spp. In previous studies, it has been shown that the CRISP-Cas system of Ralstonia solanacearum is inactive. To assess whether this inactivity can be explained by the presence of H-NS type proteins, we searched for genes encoding H-NS in the Ralstonia solanacearum genome. Three H-NS copies (H-NS 1, 2 and 3) were located in megaplasmid. No copies of H-NS encoded on the bacterial chromosome were Identified. Ralstonia solanacearum H-NS have the well-conserved oligomerization and DNA binding domains. Phylogenetic analysis of H-NS proteins from different bacteria grouped according to the families Enterobacteriaceae, Pseudomonadaceae and Ralstoniaceae. In addition, it was observed that the H-NS proteins of the Ralstoniaceae family are highly conserved with H-NS encoded by podovirus, suggesting that the H-NS of Ralstoniaceae may be of viral origin. An in silico analysis was performed on the promoters of the CAS proteins to verify the presence of H-NS binding sites. Regions with high AT content were identified, with a typical potential curvature for H-NS binding. Analysis of H-NS expression showed that only H-NS 1 and 3 are expressed in Ralstonia solanacearum. To confirm that H-NS proteins have a regulatory effect on the expression of Cas genes, cassettes were constructed to obtain mutants for H-NS1, H-NS2 and H-NS3. Obtaining the mutants and analyzing the expression of the Cas genes in the mutants will enable elucidating the regulatory role of H-NS in the expression of the CRISPR-Cas system in Ralstonia solanacearum. / Arquivo PDF difere da versão impressa na ficha catalográfica e as linhas apresentam numeração. E-mail enviado informando as divergências em 05-09-2018.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-06-22T17:53:29Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4424231 bytes, checksum: 751c03b840d885ffe4706122e3be0086 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-22T17:53:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4424231 bytes, checksum: 751c03b840d885ffe4706122e3be0086 (MD5) Previous issue date: 2016-08-31 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Viruses of phytophatogens are present in the most diverse groups of hosts, infecting from Spiroplasma to nematode and playing an important role in the ecology of these hosts. Because of the potential as biological control agents, the discoveries about these viruses have increased which encourages the ecological management of plant diseases. In this context, this study aimed: isolate and characterize viruses that infect plant pathogenic fungi (1) and Ralstonia spp. in the Americas (2) and investigate antiviral defense mechanisms in Ralstonia spp. (3). In this thesis, three viruses were characterized at biological and molecular level. Two viruses infect bacteria, Ralstonia spp. and the third infect a fungus, Alternaria alternata. The bacterial virus displayed two propagation modes: pseudolysogenic for the RsIBR1 inovirus (Inoviridae) and lytic for the phiAP1 phikmvvirus (Podoviridae). RsIBR1 has been shown to dramatically change the phenotype of the host, while not causing cell lysis, converting the phytopathogenic R. pseudosolanacearum into a commensal bacterium. PhiAP1 was characterized as a new member of the genus Phikmvvirus, and the presence of exolisinas, in addition to the bactericidal properties and EPS degradation make this virus attractive for future proposals of the bacterial wilt management. In A. alternata, it was characterized Alternaria alternata parititivirus 1 (AtPV1), a new divergent mycovirus related to genus Gammapartitivirus. Its persistent lifestyle prevented to dissect completely the interaction, because in the absence of isogenic lineage, it is unclear whether the viral infection led to a conversion of a pathogen in a epiphytic or still if is responsible for controlling phenotypic plasticity expressed by the host. The presence of canonical CRISPR loci in Ralstonia spp. isolates suggested that, in these hosts, this system could compose the antiviral defense arsenal. However, here was demonstrated that in R. solanacearum, the CRISPR-Cas system is unable to acquire new spacers or interfere with foreign DNA, even in a state of priming. The expression of the Cas genes was not detected; indicating that Cas operon apparently is a suppressed transcriptional unit. Two genes h-ns, expressed in R. solanacearum CFBP2957 are candidates to the putative transcriptional repression of CRISPR. The BIMs (Bacteriophages Insensitive Mutants) who escaped of infection by an alternative strategy to the CRISPR, were less competent, but still permissive to viral adsorption, and were able to survive under high inoculum pressure, which excludes the presence of abortive systems. Viral replication was also not detected and sequencing of two BIMs genome revealed the presence of particular mutations in genes encoding components of the secretory and motility pathways (such as Type II and Type IV), potentially involved in the antiviral resistance. Additional analyzes are being conducted to characterize in detail this defense strategy. In conclusion, the discovery and characterization of viruses infecting phytopathogens in Brazil expand the information on this diversity, little known in America, exposes the biotechnological potential of these natural enemies and reveals the important role of these viruses in the modulation and evolutionary course of their hosts / Vírus que infectam fitopatógenos são encontrados nos mais diversificados grupos de hospedeiros, infectando desde spiroplasmas a nematóides e desempenhando papel relevante na ecologia desses hospedeiros. Graças ao potencial como agentes de controle biológico, as descobertas sobre esses vírus tem aumentado o que amplia as perspectivas do manejo ecológico de doenças de plantas. Neste contexto, este trabalho objetivou: Isolar e caracterizar vírus que infectam fungos fitopatogênicos (1) e os que infectam Ralstonia spp. no continente americano (2) e Investigar mecanismos de defesa antiviral in Ralstonia spp (3). Nesse trabalho, três vírus foram caracterizados a nível biológico e molecular. Dois deles infectam bactérias do complexo Ralstonia spp. e o terceiro infecta um fungo, Alternaria alternata. Os virus de bacterias isolados possuem dois modos de propagação distintos: pseudolisogênico, o inovírus RsIBR1 (Inoviridae) e lítico, o phikmvvirus phiAP1 (Podoviridae). RsIBR1 demonstrou ser capaz de alterar drasticamente o fenótipo do hospedeiro, convertendo a bactéria fitopatogênica R. pseudosolanacearum em uma comensal. PhiAP1 foi caracterizado como um novo membro do gênero Phikmvvirus, e a presença de exolisinas em adição as propriedades bactericida e de degradação de EPS o tornam atrativo para futuras propostas de manejo da murcha-bacteriana. Em A. alternata, foi caracterizado o Alternaria alternata parititivirus 1 (AtPV1), um novo micovírus divergente, relacionado ao gênero Gammapartitivirus. Seu estilo de vida persistente impediu dissecar por completo a interação, pois na ausência da linhagem isogênica, não foi possível confirmar se a infecção viral conduziu a uma conversão de um patógeno em um epifítico ou ainda se é responsável pelo controle da plasticidade fenotípica manifestada pelo hospedeiro. A presença de loci CRISPR canônicos entre isolados de Ralstonia spp. sugeriu que nesses hospedeiros esse sistema pudesse compor o arsenal de defesa antiviral. No entanto, aqui foi demonstrado que em R. solanacearum, o sistema CRISPR é incapaz de adquirir novos spacers ou interferir com DNA invasor, mesmo em estado de priming. A expressão dos genes Cas não foi detectada, indicando que o operon Cas aparentemente é uma unidade transcricional reprimida. Dois genes h-ns, expressos em R. solanacearum CFBP2957 são candidatos na execução da provável repressão do CRISPR. Foram obtidos BIMs (Bacteriophages Insensitive Mutants) que escaparam da infecção por uma estratégia alternativa ao CRISPR. Os BIMs foram menos competentes, mas ainda permissivos a adsorção viral, e foram hábeis para sobreviver sob alta pressão de inóculo, o que exclui a presença de sistemas abortivos. A replicação viral também não foi detectada e o sequenciamento do genoma de dois BIMs revelou a presença de algumas mutações em genes que codificam proteínas componentes das maquinarias de secreção e motilidade bacteriana (Tipo II e Tipo IV), potencialmente envolvidas com o fenótipo da resistência. Análises adicionais estão sendo conduzidas para caracterizar em detalhes essa(s) estratégia(s) de defesa. Em conclusão, a descoberta e caracterização de vírus que infectam fitopatógenos no Brasil, além de ampliar as informações sobre essa diversidade, pouco conhecida na América, expõe o potencial biotecnológico desses inimigos naturais e revela o papel relevante desses vírus na modulação e curso evolutivo dos seus hospedeiros.