Orientador: Celso Eduardo Benedetti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-16T01:56:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_TiagoAntoniode_M.pdf: 8040684 bytes, checksum: 0b9836df8d96343f09503df5056436cd (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O cancro cítrico, causado pela bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), é uma doença que afeta a maioria das espécies do gênero Citrus, ocorrendo praticamente em todos os continentes, e se destaca como uma das ameaças à citricultura brasileira. O mecanismo molecular pelo qual Xac causa o cancro não é inteiramente conhecido, entretanto, sabe-se que a bactéria ao infectar a planta, utiliza o sistema secretório tipo ??? (TTSS) para injetar proteínas de patogenicidade, entre elas PthAs da família AvrBs3/PthA. Quando expresso na célula hospedeira, PthA induz lesões características do cancro como hipertrofia e hiperplasia. Estudos recentes demonstram que membros dessa família atuam como fatores de transcrição. Portanto, a elucidação de como PthA ativa a transcrição é de grande importância para o entendimento do seu mecanismo de ação e desenvolvimento das lesões do cancro. Neste contexto, o presente projeto teve como objetivo caracterizar interações entre a proteína PthA de Xac e as proteínas CsARF (Auxin Response Factor) e CsHMG (High-mobility group) de laranja doce (Citrus sinensis), previamente identificadas em ensaios de duplo híbrido de leveduras. CsARF tem elevada similaridade com AtARF2, um repressor transcricional envolvido na via de sinalização por auxinas. Hormônios vegetais desempenham um importante papel na interação planta-patógeno e em nosso laboratório verificamos que auxinas são importantes para o desenvolvimento dos sintomas do cancro. CsARF foi capaz de interagir com a maioria das variantes de PthA tanto in vitro quanto em ensaios de duplo-híbrido de leveduras. A interação de CsARF com PthA se dá através dos domínios C-terminal Aux/IAA e B3 de ligação ao DNA. Verificamos que o promotor do gene de uma expansina de citros, induzido por Xac e auxina, apresenta possíveis sítios de ligação das proteínas CsARF e PthA. Dados de EMSA indicam que PthA e CsARF ligam em sítios adjacentes no promotor da expansina de citros e que a interação de PthA com CsARF poderia deslocá-la do promotor. A proteína CsHMG é semelhante a AtHMGB1 de Arabidopsis thaliana, envolvida em crescimento celular. CsHMG interagiu com todas as variantes de PthA, sendo que essa interação envolve uma região rica em leucinas (LRR), idêntica nas quatro variantes de PthA. Verificou-se também que CsHMG é capaz de ligar DNA de forma inespecífica. Por outro lado, CsHMG ligou RNA in vitro, com especificidade para RNAs ricos em uridina (poly-U). Como PthA age como fator de transcrição eucarioto, não é surpreendente que proteínas do hospedeiro envolvidas com regulação gênica sejam capazes de interagir com esse efetor, sugerindo um novo modo de ação de proteínas efetoras bacterianas. / Abstract: Citrus canker disease, caused by Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac), affects almost all citrus species and represents a major threat to the Brazilian citriculture. The molecular mechanism by which Xac causes citrus canker disease is poorly understood, however the bacterium injects pathogenicity proteins through a type III secretion system (TTSS) including proteins of AvrBs3/PthA family proteins. When transiently expressed in host cells, PthAs alter transcription of the host cell to the benefit of the pathogen, leading to the development of the cancer lesions, including hypertrophy and hyperplasia. These proteins are thought to acts as eukaryotic transcriptional factors, binding and activating directly promoters of host genes. Therefore, elucidating how activates PthA transcription is very important to understanding the mechanisms governing the development of canker lesions. To elucidate how PthA activates transcription and to establish its molecular mode of action, a two-hybrid approach was used to identify host proteins that interact with PthA and therefore could be important for the development of the canker lesions. Among the citrus proteins identified, we selected for studies a CsARF (Auxin Response Factor) and a CsHMG (High-mobility group), both involved in regulation of gene transcription. CsARF shares high similarity to the Arabidopsis thaliana ARF2, involved in the auxin signaling pathway. This is in line with our previous studies showing that auxin is required for canker development. The interactions between all variants of PthA were analyzed both in vivoand in vitro and depend on the repeat domain of PthAs. The B3 DNA binding and the Aux/IAA domains of CsARF are both involved in protein-protein interactions. Interestingly, the citrus promoter of a citrus expansin gene that is up-regulated by Xac and auxin contains putative CsARF and PthA binding sites. Since these sites are located adjacent in this promoter, it is suggested that the interaction of PthA with CsARF might somehow affect the regulation of the expansin promoter. CsHMG is highly similar to the A. thaliana HMGB1 involved in cell growth. CsHMG interacts with all PthA variants and its interaction was shown to be mediated primarly by the leucine-rich repeat (LRR) region of PthAs. CsHMG binds to DNA in a non-specific fashion; surprisingly, however, CsHMG shows an as yet unreported ability to bind to synthetic RNA forms with an apparent specificity to poly-U probes. PthA acts like an eukaryotic transcription factor and is not surprising that host proteins involved with gene regulation can interact with this effector, suggesting a new mode of action of these bacterial effector proteins. / Mestrado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Celso Eduardo Benedetti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-19T05:56:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_AndreLuizAraujo_D.pdf: 43759919 bytes, checksum: 379266575f1db46c7d620232efb9ba13 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O cancro cítrico resulta da interação compatível entre a bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri e Citrus spp. A doença não tem cura, é de fácil disseminação e difícil controle. O cenário é preocupante, pois a doença diminui drasticamente o rendimento e a qualidade dos frutos de plantas infectadas, ocasionando um forte impacto econômico na citricultura mundial. Os principais sintomas do cancro cítrico, resultantes dos processos de hipertrofia (aumento do volume celular) e hiperplasia (aumento da divisão celular), são dependentes da proteína efetora PthA de X. citri. PthA integra a família de fatores de transcrição conhecida como efetores ativadores de transcrição (transcription activator-like ou TAL). O principal homólogo de PthA é o efetor AvrBs3 de X. campestris pv. vesicatoria que atua regulando a transcrição de genes do hospedeiro em benefício do patógeno. A similaridade entre estas proteínas gira em torno de 97%, sugerindo, portanto, função semelhante para PthA. Através de uma série de microarranjos, investigou-se o perfil de expressão gênica de laranja doce (Citrus sinensis) dependente de PthA (X. citri) e de PthCs de X. aurantifolii, uma bactéria que causa cancro cítrico apenas no limão galego e que, em laranja doce, induz uma reação de hipersensibilidade. Desta forma, verificou-se a regulação positiva ou negativa de uma série de genes. Os PthCs regularam negativamente genes associados à sinalização por auxina e induziram a expressão de genes de defesa e silenciamento gênico. Em contrapartida, PthAs induziram uma série de genes intimamente relacionados aos sintomas de cancrose, incluindo: genes associados aos processos de aumento e divisão celular, síntese e remodelamento de parede celular, bem como genes envolvidos na sinalização por auxina e giberelina. Neste sentido, efetuou-se o isolamento de regiões promotoras de cinco genes, os quais são potencialmente regulados por PthA. A análise destas regiões revelou a presença de um possível TATA-box notavelmente semelhante àquele encontrado no gene upa20, denominado UPA-box (up-regulated por AvrBs3), sugerindo que estes genes poderiam ser transativados por PthA em citros. De fato, ensaios de retardamento de mobilidade eletroforética (electrophoretic mobility shift assay ou EMSA), demonstraram a ligação específica de PthA2 e 4 ao TATA-box encontrado na região promotora do gene que codifica uma proteínas relacionada à patogênese (pathogenesis-related proteins ou PR). Este resultado corrobora com a hipótese de que os efetores TAL atuam como proteínas ligadoras de elementos TATA. Finalmente, experimentos de co-imunoprecipitação de cromatina (ChIP) e cotransformação demonstraram, ainda que em resultados preliminares, que particularmente PthA4 é capaz de transativar pr5 in planta. Embora o cancro cítrico ainda não seja completamente entendido a nível molecular, os dados aqui apresentados sugerem fortemente a ação de PthAs como fatores de transcrição, bem como aponta candidatos à regulação positiva intimamente associados aos processos de hipertrofia e hiperplasia. Além disso, as regiões promotoras aqui isoladas podem ajudar no desenvolvimento de novas estratégias para a geração de plantas resistentes à cancrose / Abstract: Citrus canker is a result of a compatible interaction between Xanthomonas axonopodis pv. citri and Citrus spp. There is no cure for citrus canker, and the disease is easily spread and difficult to be managed. The scenario is threatening since the disease dramatically diminishes the quality of fruits in infected plants leading to great economic losses for the world citrus producers. The main citrus canker symptoms known as hypertrophy (cell enlargement) and hyperplasia (cell division) are PthA-dependent. PthA is an effector protein from X. citri which belongs to the TAL effectors (transcription activatorlike) family. The closest homologue of PthA is AvrBs3 from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, a TAL effector that acts as a transcriptional factor to modulate host transcription to the pathogen's benefit. Similarity shared by these two proteins is around 97%, suggesting that PthA plays a similar role in the citrus host. Through a number of microarray experiments, we investigate the gene transcription in sweet orange (Citrus sinensis) in response to the transient expression of PthA from X. citri or PthC from X. aurantifolii, pathotype C, a bacteria that causes citrus canker in Mexican lime but in orange trigger a hypersensitive response in sweet orange. We observed that PthCs down-regulated various auxin signaling genes and induced the expression of genes involved in defense and gene silencing. On the other hand, PthAs induces several genes implicated in canker development such as cell division and elongation, cell-wall synthesis and remodeling, synthesis, mobilization and signaling of auxin and gibberellin. Promoter regions of PthA-induced genes were isolated and shown to have predicted PthA and PthC binding sites at or near their putative TATA boxes. Moreover, competition gel shift assays confirmed that PthA4 shows preferential binding to the TATA box of the pathogenesis-related (pr5) gene promoter, supporting the idea that TAL effectors may act as general TATA-binding proteins. Finally, both chromatin immunoprecipitation (ChIP) and co-transformation assays demonstrated however as preliminary results, that PthA4 is able to transactivate pr5 in planta. Albeit the molecular mechanism by which citrus canker develop remains elusive at the molecular level, we provided data supporting the notion that PthA acts as a transcriptional factor, as well as identified PthA-induced genes associated with hypertrophy and hyperplasia. Furthermore, the promoter regions isolated here might be useful to obtain citrus plants resistant to the canker bacteria / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular

Orientador : Yoko B. Rosato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-14T03:58:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimenta_AndreadeLima_M.pdf: 6770754 bytes, checksum: 136b47f574714032f48a26747148f5bc (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: Xanthomonas campestris é uma bactéria fitopatogênica responsável pela podridão negra de várias espécies vegetais e produtora de um mucopolissacarídeo extracelular de ampla utilização industrial conhecido como goma xantana. Com o intuito de se obter linhagens desta bactéria com alta capacidade de expressão do gene da alfa-amilase e potencialmente capazes de produzir a goma, xantana a partir de substratos amiláceos, foram clonadas e caracterizadas seqüências promotoras específicas de x.campestris e, de posse destas foram construídos e introduzidos em duas de suas linhagens (REF Cmr e 280 Nalr) quatro vetores distintos portadores do gene da alfa-amilase de Bacillus subtilis; (1) pAP2X, contendo o gene amy sob o controle do promotor de B. subtilis; (2) pAP2X, contendo o gene amy sob controle do promotor de X. campestris em adição ao promotor original; (3) pAP23, construção semelhante à do pAP2 contendo a inserção do locus de estabilização parB; e (4) pAP23X, obtido a partir da introdução do promotor de Xanthomonas no pAP23. Análises do nível de estabilização obtido após a introdução do locus parB no plasmidio pAP2 mostraram que linhagens portadoras do plasmidio contendo este locus estabilizador apresentaram índice de perda plasmidial até 27 vezes menor do que aquelas cujo plasmidio não fora dotado desse locus. A quantificação da produção de alfa-amilase pelas oito linhagens obtidas após a introdução dos plasmidios em X.campestris mostrou que linhagens originalmente amilolíticas (Cm r), portadoras de vetores nos quais o gene sob o controle do promotor específico dessa bactéria, apresentaram atividade específica de alfa-amilase 100% superior a da linhagem controle, chegando esta diferença à 300% no caso das linhagens originalmente não amilolíticas (Na I r). Apesar de nenhuma das linhagens obtidas ter se mostrado capaz de produzir goma xantana tendo o amido como único substrato, o caráter amilolítico introduzido conferiu a estas bactérias, de um modo geral, melhor capacidade de aproveitamento de todos os substratos estudados (sacarose, amido e amido+sacarose) para produção de xantana, tendo o mais alto nível de produção correspondido ao da linhagem N2X (portadora do plasmidio amilolítico onde foi introduzido o promotor de X. campestris) crescida em amido+sacarose. Estes resultados permitem considerar promissoras as possibilidades de produção de goma xantana a partir de amido, sendo para tanto necessários alguns estudos adicionais envolvendo a caracterização dos produtos de hidrólise do amido por esta alfa amilase de B. subtilis e seu aproveitamento por linhagens de X. campestris / Abstract: Xanthomonas campestris is a phytopathogenic bacteria responsible for the black rot of crucifers and a variety of other economically important plant diseases, and which produces an exopolisacharide with large industrial applications known as xanthan gum. Promoter sequences isolated from X. campestris were cloned and four plasmids harboring the amy gene of B. subtilis were constructed in order to obtain strains showing high expression of the alpha-amylase gene and thus potentially capable to use starch in fermentation processes, The new plasmids constructed were: (i) pAP2, which contains the amy gene under the control of its original promoter of Bacillus; (ii) pAP2X, which contains an aditional promoter of X. campestris placed upstream of the amy gene; (iii) pAP23, obtained upon introduction of the stabilizer locus parB in pAP2; and (iv) pAP23X, obtained upon introduction of the Xanthomonas promoter sequence in pAP23. Analysis of the stabilization levels obtained after the introduction of parB in pAP2 showed a reduction of up to 27 times in the loss rate of plasmid containing this locus. Quantification of the alpha-amylase production by the 8 strains obtained after the introduction of the new plasmids in X campestris showed that, strains containing both Bacillus and Xanthomonas promoters were able to produce up to 300% more alpha-amylase than strains lacking those plasmids. Although none of the strains tested has been able to produce xanthan gum from starch, the amylolitic character introduced improved their capacity to utilize starch containing media (starch and starch plus sucrose) for the production of this biopolymer. The highest level of xantan production was achieved by strain N2X, wich harbours the amylolitic plasmid with the insertion of the X. campestris promoter (pAP2X). These show that there are promising possibilities for the production of xanthan gum utilizing starch as the unique carbon source, although aditional studies involving characterization of the hydrolysis products of the alpha-amylase gene cloned from B. subtilis and their utilization by strains of X. campestris should still be carried aut / Mestrado / Genetica / Mestre em Ciências Biológicas

Orientadores : Yoko Bomura Rosato , Spartaco Astolfi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-07-14T22:27:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Stripecke_Renata_M.pdf: 3003802 bytes, checksum: 8c424cedc5aad86a1d83c9a594fd7733 (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: A bactéria Xanthomonas campestris é um fitopatógeno que produz a goma xantana, de grande importância econômica, devido ao seu variado potencial de utilização na Indústria e na agricultura. Com o objetivo de se verificar a expressão de um gene de amilase exógeno em X.campestris, estabeleceu-se um sistema de clonagem para esta bactéria. Este sistema constituiu-se no plasmídio promíscuo pMFY40 ao qual se inseriu o gene da alfa-emllese de Bacillus subtilis, resultando no plesmídio pAP1. Este plesmídio possui aproximadamente 14.0 Kb, á mobilizável por plasmídios ¿helper¿ e razoavelmente estável, em condições de fermentação, em X. campestris. O pAP1 foi introduzido por transformação e por conjugação em duas linhagens de campestris, uma delas originalmente amilolítica (REF) e outra não-amilolítica (280), mas que é uma boa produtora de goma. Após se verificar a secreção da enzima em meio sólido pelos recombinantes, analisou-se o consumo de amido e a produção de açúcar redutor em meto líquido. Verificou-se que a linhagem 280/pAPl foi capaz de degradar o amido do meio e que a linhagem REF/pAPl teve seu caráter amiolítico amplificado. A produção de xantana em meios contendo diferentes com posições de substratos foi verificada através da viscosidade da goma, para se analisar as potencialidades da substituição do substrato tradicional, que é a sacarose, pelo amido. Foi observado um acréscimo de produção nas linhagens contendo o pAPl em meio com 2X de amido e em meto com 1X de amido e IX de sacarose. Apesar da substituição total da sacarose pelo amido ser Inviável para a fermentação pela linhagem 280/pAP1, verificou-se que a composição de IX de sacarose e de 1X de amido Já fornece bons resultados / Abstract: Xanthomonas campestris Is a phytopathogenlc bacteria. Which produces the xanthan-gum a biopolimer of economical Importance due to lts great poss1b111tles of ut111zat1on ln the Industry and In the agriculture. A cloning system for the analysis of expression of the extracellular amylase was established. The alfa-amylase gene from Bacillus subtilis was introduced in the promiscuous plasmid pMFY40, giving rise to the hybrid plasmid pAP1. This plasmid contains approximately 14.0 Kb, is mobilizable by helper plasmid and is reasonably stable, in fermenting conditions, in X.campetris. The plasmid pAP1 has been introduced by transformation and by conjugation into two strains of X. campestris one of them originally amylolytlc (REF), and the other not amylolytic (280) but a very good gum producer. Besides the observation of the enzyme production by the recombinants in solid media, the starch consumption and the reducing-sugar production in liquid media were also analysed. It was verified that the strain 280/pAP1 was able to degradate the starch of the media and that the strain REF/pAP1 had its amylolytic character amplified. The xanthan production in media containing different substrates compositions was analysed to evaluate the potentialities of the substitution of the traditional substrate, sucrose, by starch. The strains bearing the plasmid pAP1 showed viscosity enhancement of the media containing 2% starch and also 1% starch plus 1% sucrose. Although the total substitution of sucrose by starch was not successful for the fermentation of 280/pAP1, good results were observed in the media containing 1% starch plus 1% sucrose / Mestrado / Genetica / Mestre em Ciências

Xanthomonas albilineans est la bactérie responsable de l'échaudure des feuilles, une maladie vasculaire et létale de la canne à sucre. Cette plante, domestiquée depuis plus de 5000 ans, est aujourd'hui cultivée sur près de 26 millions d'hectares. Depuis le début du 20ème siècle, les variétés naturelles de canne à sucre ont été remplacées par des variétés hybrides issues de croisements artificiels et présentant des caractères agronomiques plus intéressants. La transmission de X. albilineans est essentiellement liée au mode de multiplication par bouturage de la canne à sucre, les boutures produites à partir d'un plant infecté ayant de fortes chances d'être contaminées. L'utilisation d'outils de coupe favorise également la transmission de la bactérie à partir d'un plant infecté. Une transmission aérienne a toutefois été décrite pour au moins un groupe génétique de souches de X. albilineans appelé PFGE-B et caractérisé à l'aide de la technique d'électrophorèse en champ pulsé. Mon sujet de thèse visait, par une étude de génomique comparative et évolutive sur plusieurs souches de X. albilineans, à, d'une part, comprendre l'histoire de l'association de cette bactérie avec la canne à sucre, et, d'autre part, identifier des gènes candidats qui pourraient expliquer la pathogénie de X. albilineans et la capacité des souches du groupe PFGE-B à être transmises par voie aérienne.En comparant 12 souches de X. albilineans appartenant à neuf groupes PFGE différents, j’ai construit une phylogénie solide proposant l'existence de huit lignées regroupées en deux clades. Cette phylogénie a été confirmée en utilisant trois méthodes de phylogénomique différentes. De façon intéressante, cette phylogénie permet de proposer des hypothèses sur l'évolution de X. albilineans et sur l'introduction de cette bactérie chez la canne à sucre. L'analyse des gènes présents dans le génome de ces 12 souches appartenant à neuf groupes PFGE différents m'a également permis d'identifier un système RM (restriction/modification) qui n'est présent que chez les souches PFGE-B et qui pourrait expliquer pourquoi ces souches sont plus résistantes aux phages que celles appartenant aux autres groupes PFGE. En facilitant la survie des bactéries dans l'environnement, cette résistance aux phages pourrait jouer un rôle important dans la transmission aérienne.La comparaison de 11 souches de X. albilineans appartenant au groupe PFGE-B m'a permis de construire, à partir de 67 SNP (Single Nucleotide Polymorphism), une phylogénie qui indique que les Caraïbes, où la canne à sucre n'a été introduite qu'à la fin du 15ème siècle, pourraient être un centre de dispersion des souches PFGE-B. Cette étude a également mis en évidence un polymorphisme au niveau des spacers d'un locus CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats system). L'étude de ce polymorphisme sur 18 souches de X. albilineans non séquencées a permis de démontrer que les souches de Floride sont originaires des Caraïbes et de proposer des hypothèses concernant l'origine des souches PFGE-B d’autres régions du monde, même si le séquençage d'un plus grand nombre de souches sera nécessaire pour confirmer ces hypothèses.En analysant la séquence du génome de deux souches qui avaient été initialement classées dans l'espèce X. albilineans mais qui n'avaient pas été isolées à partir de tiges de canne à sucre, j’ai mis en évidence une nouvelle espèce que nous avons appelée 'Xanthomonas pseudalbilineans'. Enfin, la comparaison du génome fini et annoté de la souche PFGE-B GPE PC73 avec le génome d'autres espèces bactériennes phytopathogènes m'a permis de proposer des hypothèses pour expliquer la pathogénie de X. albilineans. / Xanthomonas albilineans is the bacterium causing leaf scald, a vascular disease being lethal for sugarcane. This plant, domesticated for over 5,000 years, is nowadays grown across almost 26 million hectares. Since the beginning of 20th century, natural varieties of sugarcane have been replaced by hybrid varieties resulting from artificial crossings. The transmission of X. albilineans is mainly linked to the fact that sugarcane is propagated by taking cuttings, with the cuttings from an infected plant likely to be contaminated. The use of cutting instruments also facilitates transmission of the bacteria from an infected plant. An aerial transmission has nevertheless been described, at least for one genetic group of strains from X. albilineans, namely PFGE-B, characterized using the pulsed-field gel electrophoresis technique. My thesis topic consisted in performing a comparative and evolutive genomic study of several strains of X. albilineans in order, on one hand, to better understand the history of association of this bacterium with the sugarcane, and, on the other hand, to identify candidate genes which may explain the pathogenicity of X. albilineans as well as the ability of PFGE-B strains to be aerially transmitted. Comparing 12 strains of X. albilineans belonging to nine different PFGE groups, I built a robust phylogeny which proposes the existence of eight lineages clustered in two clades. This phylogeny has been confirmed by three different phylogenomic methods. Interestingly, this phylogeny allows to propose hypotheses about the evolution of X. albilineans and the introduction of this bacterium in sugarcane. The analysis of genes from the genomes of these 12 strains belonging to nine different PFGE groups also allowed me to identify a RM (Restriction/Modification) system which is present only in PFGE-B strains and which may explain why these strains are more resistant to phages that those belonging to other PFGE groups. By facilitating the survival of bacteria in the environment, this resistance to phages may play an important role in aerial transmission. The comparison of 11 strains of X. albilineans belonging to the PFGE-B group allowed me to build, based on 67 SNPs (Single Nucleotide Polymorphism), a phylogeny which indicates that the Caribbean area, where sugarcane was introduced not before the end of the 15th century, might be a center for dispersion of PFGE-B strains. This study also revealed a polymorphism of spacers of a CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats system) locus. The study of this polymorphism in 18 non-sequenced strains of X. albilineans allowed to demonstrate that strains from Florida originated in the Caribbean region, and to propose hypotheses regarding the origin of PFGE-B strains from other regions of the world, even if the sequencing of a higher number of strains will be required to confirm these hypotheses.Analyzing the sequence of the genome of two strains, initially thought to belong to the X. albilineans species but which weren’t isolated from sugarcane stalks, I revealed a new species that we called ‘Xanthomonas pseudalbilineans’. Finally, the comparison of the finished and annotated genome of the PFGE-B strain GPE PC73 with the genome of other phytopathogenic bacteria allowed me to propose hypotheses to explain X. albilineans’ pathogenicity.

The pigment-lipid complexes of the phytopathogen, Xanthomonas juglandis, were studied. Experiments were designed to determine the cellular location of the complexes and whether or not they are associated with protein.

Separation of the pigment-lipid esters of Xanthomonas juglandis (campestris) in a silica gel G:celite 545 column yielded 4 bands. Two of these bands, ester #1 and #2, make up over 95% of the mixture. Analysis of the four pigments indicate that three are phospholipids and that the phosphate accounts for about 3-4% of the weight of each of the two major esters.

Xanthomonas oryzae pv. oryae (Xoo) est l'agent causal de la bactériose vasculaire du riz (BLB), maladie entraînant des pertes de rendement importantes dans la plupart des régions rizicoles, notamment en Afrique. La virulence des souches Asiatiques de Xoo dépend des effecteurs de la famille AvrBs3/PthA ou TAL (pour Transcription Activator-Like). Des études appro fondies sur le mode d'action des effecteurs TAL ont montré que l'activité de virulence ou d'avirulence que les TAL confèrent à la bactérie dépend essentiellement de leur interaction avec les gènes de sensibilité et/ou de résistance correspondants chez le riz. Les souches de Xoo originaires d'Afrique isolées récemment ne présentent que huit effecteurs de type TAL dans leur génome et leur rôle dans la virulence est jusqu'à présent inconnu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effecteurs de type TAL dans la souche africaine de Xoo BAI3. Une mutagenèse systématique par recombinaison homologue sur l'ensemble des huit gènes tal de la souche BAI3 a été effectuée et a conduit à l'identification et à la caractérisation du gène talC. TalC se caractérise par 21.5 répétitions et est phylogénétiquement proche des TAL de Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc). Le mutant BAI3ΔtalC est incapable de développer les symptômes de la maladie sur plante sensible. Toutefois, les bactéries se multiplient très bien au niveau de l'apex foliaire proche du site d'inoculation, laissant supposer que TalC est requis pour la colonisation du système vasculaire. Parmi les cibles directes potentielles identifiées via l'analyse du transcriptome de feuilles de riz sensible (BAI3 versus BAI3ΔtalC), Os11N3 code une protéine de la famille des noduline-3 MtN3 et est fortement induit durant l'infection par la souche sauvage BAI3. Nous avons identifié dans la région promotrice de Os11N3 une séquence nucléotidique ciblée par TalC et démontré qu'elle était fonctionnelle via des expériences d'expression en trans dans N. benthamiana. Les travaux de cette thèse montrent pour la première fois que les effecteurs de type TAL contribuent de manière importante à la virulence de la souche africaine Xoo BAI3. Ces travaux contribueront à l'amélioration génétique des lignées de riz pour la résistance à la bactériose vasculaire du riz en Afrique. / Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is the causal agent of Bacterial Leaf Blight (BLB) on rice, a serious disease causing important yield losses in the main rice growing regions including Africa. The virulence of Asian Xoo strains mainly depends on the type III effectors of avrBs3/pthA gene family, namely TAL (for Transcription Activator Like) effectors. In depth studies on the function of TAL effectors revealed that the virulence and/or the avirulence activities conferred by these effectors requires the binding and the induction of the corresponding S and/or R genes. African Xoo strains was shown to harbor 8 TAL effectors in their genomes. However, the contribution of these TAL effectors to Xoo virulence is still unknown. This work reports on the identification and characterization of TAL effectors in the African Xoo strain BAI3R. A random mutagenesis based on homologous recombination in the genes encoding TAL effector was conducted in Xoo str ain BAI3R and led to the identification of talC. TalC harbors 21.5 repeats in its central domain and is phylogenetically more related to TAL effectors of Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc). The BAI3RΔtalC mutant is seriously impaired in its virulence on susceptible rice varieties. Interestingly, bacteria are still able to grow at wild-type levels in the apex of the leaf, suggesting a requirement of talc for vascular colonization. Potential direct host targets were identified by conducting a transcriptomic analysis of rice leaves challenged with Xoo strain BAI3R vs. BAI3RΔtalC. Among the identified targets, the rice gene Os11N3 was found to be highly induced upon infection by the wild type strain but not the mutant one. A DNA target box for TalC was located in the Os11N3 upstream region and proved to be functional using GUS assays. We also show that the Os11N3 341-bp upstream region is transcriptionnally activated by TalC. Our results demonstrated for the first time that TAL effectors play an important role in the virulence of Xoo strain BAI3R. Our work will contribute to better improve rice for resistance to bacterial leaf blight.

Parte da produção de fatores de virulência em bactérias do gênero Xanthomonas esta sob controle de um grupo de genes localizados no locus rpf (regulation of pathogenicity factors), que respondem ao aumento da densidade celular num processo chamado quorum sensing. Os genes que codificam as proteínas do sistema Rpf de Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) foram clonados no vetor pOBD por Alegria (2004), e usados como iscas em ensaios de dois híbridos, contra uma biblioteca de Xac clonada no vetor pOAD. Neste ensaio, foram observadas interações entre RpfC-RpfG, RpfC-RpfF, RpfF-RpfF e RpfC-CMF. O gene cmf tem um ortólogo, cuja função esta relacionada com o processo de quorum sensing em Dictyostelium. Para confirmar essas interações, RpfC e seus domínios, RpfG, RpfF e CMF foram expressas e purificadas, produzidos anticorpos, e foram efetuados ensaios de ligação in vitro. Em adição, o domínio HD-GYP de RpfG, que apresenta atividade de fosfodiesterase, também foi usado como isca no ensaio de dois híbridos. Interessantemente, a maioria de suas presas foi derivada de domínios GGDEF (diguanilato ciclase) de um grupo de proteínas de Xac. Em bactérias, muitos fenótipos, como a ativação da virulência, a formação de biofilme e a mobilidade, são controlados pelo processo de quorum sensing e por diGMP cíclico. Neste trabalho demonstramos uma ligação direta entre quorum sensing e diGMP cíclico, representada pela interação entre HD-GYP/GGDEF. Finalmente, estudos com um mutante para o gene cmf interrompido, envolvendo formação de biofilme, produção de goma xantana e patogenicidade, evidenciam que CMF tem uma função relevante no processo de quorum sensing em Xanthomonas. / In Xanthomonas a group of genes named regulators of the pathogenicity factors (rpf) control the synthesis of virulence factors as a function of cellular density in a process termed quorum sensing. Alegria (2002) cloned the rpf genes from Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) in the pOBD vector and used them as baits in two hybrid assays against a Xac prey library cloned in the pOAD vector and showed that RpfC interacts with RpfG, RpfF and CMF. Homologous of the cmf gene are found only in amoebas such as Dictyostelium, where plays a central function in the quorum sensing process. In this work, we expressed and purified RpfC and its domains, RpfG, RpfF and CMF and raised antibodies against these polypeptides. In vitro assays demonstrated the following interactions: RpfC-RpfF, RpfC-RpfG and RpfC-CMF. We show that RpfG and CMF interact with the response regulator domain of RpfC, and interactions RpfG and CMF also interact with the histidine phosphotransfer domain of RpfC. In addition, the recently characterized HD-GYP phosphodiesterase domain of RpfG was used as bait in the two hybrid assays. Interestingly, the majority of its preys were derived from a set of Xac proteins that possess GGDEF domains (diguanilate cyclase). In bacteria, many complex processes such virulence, motility and biofilm production are controlled by quorum sensing process and by levels of the second messenger cyclic diGMP. Our results demonstrate a direct link between quorum sensing and diGMP cyclic signaling pathways in the form of a direct physical interaction between the RpfG HD-GYP domain and GGDEF domains. Finally, studies with a Xac cmf-mutant show that CMF plays an important role in the quorum sensing process in Xanthomonas, including biofilm production, synthesis of xanthan gum and pathogenicity.

O destaque da cana-de-açúcar como fonte de energia renovável tem motivado a busca por melhorias no processo de cultivo e processamento da planta, buscando o aumento da produtividade dos canaviais. Dentre os fatores limitantes para o aumento da produção de cana-de-açúcar, destaca-se a ocorrência de fitodoenças, como por exemplo a escaldadura das folhas, causada pela bactéria Xanthomonas albilineans. Essa doença causa a diminuição do valor energético do caldo extraído da planta, e a ausência de tratamento químico ou biológico acarreta na necessidade de reforma precoce dos canaviais, causando perdas significativas para o agronegócio brasileiro. Portanto, existe uma grande necessidade no desenvolvimento de novas moléculas capazes de atuar como defensivos agrícolas com eficiência e especificidade. Neste trabalho, duas estratégias foram empregadas para a identificação de moléculas como potenciais candidatos a agroquímicos. Na primeira, avaliou-se o potencial inibidor de moléculas de origem natural ou sintética em ensaios fenotípicos contra a cultura de X. albilineans, identificando dois derivados, um de nitrotiofeno e um de nitrofurano, capazes de inibir o crescimento bacteriano. Na segunda estratégia, duas enzimas da via de biossíntese de folatos, 2-amino-4-hidroxi-6-hidroximetil di-hidropterina pirofosfoquinase (XaHPPK) e 7,8-di-hidroneopterina aldolase (XaDHNA), foram selecionadas como alvos moleculares. Métodos em biologia molecular e biologia estrutural foram empregados para a obtenção de proteínas puras e solúveis, visando-se a elucidação das estruturas tridimensionais e caracterização bioquímica dos alvos. Estudos de desnaturação térmica foram conduzidos para determinação da afinidade da XaHPPK pelo substrato natural 7,8-di-hidropterina (Kd = 97 ± 3 µM). Os experimentos de biologia estrutural resultaram na determinação da estrutura da XaHPPK a 2,3 Å de resolução (PDB ID, 5VSP) com o grupo espacial P212121. A obtenção da estrutura a alta resolução permitiu a aplicação de estratégias computacionais para a descoberta de potenciais inibidores. Os estudos da XaDHNA possibilitaram a coleta de um conjunto de dados à 3,5 Å de resolução, no grupo espacial I422. Os experimentos e resultados obtidos neste doutorado ampliam o conhecimento sobre a via de biossíntese de folatos em X. albilineans e abrem o caminho para a descoberta de novos inibidores antibacterianos utilizando técnicas baseadas na estrutura do alvo. / The importance of sugarcane as a source of renewable energy has pushed researchers to search for improvements in the process of cultivation and processing of the plant, looking after increase the productivity of sugarcane crops. Among known facts that limits sugarcane production, we highlight the occurrence of plant diseases, such as leaf scald, a bacterial disease caused by Xanthomonas albilineans. This disease decreases the energetic value of the broth extracted from the cane, and the absence of chemical or biological treatment entails the need for early refresh sugarcane plantations, causing significant losses for Brazilian agribusiness. Therefore, the economic interest in the development of new molecules capable of acting as agricultural defenses with efficiency and specificity is motivating. Acting on the essential biochemical pathways of the pathogen is a recurring strategy in the development of bioactive molecules. Thus, several inhibitor identification strategies were used. Firstly, the inhibitory potential of molecules from natural or synthetic origins were evaluated in phenotypic assays against the culture of X. albilineans, identifying two nitrothiophene and nitrofuran derivatives capable of inhibiting bacterial growth at 2 mM. In another strategy, the essential pathway of X. albilineans for folate biosynthesis was selected and two proteins of this pathway investigated: 2-amino-4-hydroxy-6-hydroxymethyl dihydropteridine pyrophosphokinase (XaHPPK) and 7,8-dihydroneopterin aldolase (XaDHNA). Both molecular biology and structural biology methods were used to obtain pure and soluble proteins, aiming the obtaining of three-dimensional structures and biochemical characterization of targets. Studies with the XaHPPK protein for kinetic characterization made possible to calculate the Kd apparent (Kd = 97 ± 3 μM) for the substrate 7,8-dihydropterin. Structural biology experiments resulted in a 2.3 Å resolution structure in the space group P212121, available in the PDB under the 5VSP identifier. Structure based drug design for XaHPPK structure, SBDD, were performed using ZINC15 database with hierarchical filters and the Glide docking software. The XaDHNA studies enabled the collection of a set of data at 3.5 Å resolution in the space group I422. The experiments and results obtained in this doctorate increase the knowledge about the folate biosynthesis pathway in X. albilineans and open the way for the discovery of new antibacterial inhibitors using structure based drug design.