Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) é uma bactéria fitopatógênica que causa de cancro cítrico em plantações no mundo inteiro. Trinta e cinco proteínas alvo foram selecionadas para estudos de proteômica estrutural a partir do genoma de Xac. As proteínas foram clonadas, expressas e testadas usando uma nova metodologia de triagem de proteínas que permite que espectros de RMN 2D 15N-HSQC sejam coletados antes da purificação da proteína em estudo. Esta abordagem possibilitou determinar quais proteínas alvo melhor se adequavam para estudos estruturais futuros por RMN e/ou cristalografia de raios X de forma rápida e eficaz. A proteína ClpS de Xac, descrita como moduladora da atividade da protease bacteriana ClpAP, foi uma das proteínas selecionadas para estudos estruturais por RMN usando esta metodologia. O assinalamento das ressonâncias da cadeia principal e das cadeias laterais desta proteína usando experimentos de tripla ressonância e dados de dinâmica e de troca H/D forneceram informações sobre a sua estrutura secundária. Um modelo tridimensional foi gerado por modelagem por homologia a partir de um homólogo de E. coli e foi validado por acoplamentos dipolares residuais (DHN ) obtidos experimentalmente. Todos os dados RMN sugerem que a região N-terminal de ClpS se apresenta desestruturada. O mapeamento por RMN da interação de ClpS com a sua parceira ClpA é também apresentado. / Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) is a phytopathogenic bacterium that causes citrus canker around the world. Thirty-five target proteins for structural proteomics studies have been selected from the Xac genome. The target proteins were cloned, expressed and tested using a novel screening methodology that allows for 2D 15N-HSQC NMR spectra to be collected prior to the purification of the target protein. This approach allowed us to determine which target proteins were amenable for future structural studies by NMR and/or X-ray crystallography in a fast and efficient manner. The ClpS protein, which has been described as a modulator of substrate specificity of the bacterial protease ClpAP, was one of the proteins selected structural studies by NMR using this methodology. Backbone and side-chain assignment derived from 3D triple resonance NMR experiments and dynamic data from hydrogen-deuterium exchange NMR experiments have provided information on the secondary structure elements of this protein. A model for Xac ClpS was generated by homology modeling from an E. coli homogue and validated using experimentally obtained DHN residual dipolar couplings. All NMR data suggest that the N-terminal region of the protein ClpS is highly unstructured. NMR mapping of the interaction of ClpS with its partner protein ClpA is also presented.

O cancro cítrico, causado pela bactéria Gram negativa Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) é considerado uma das principais doenças da citricultura nacional e mundial, devido à susceptibilidade do hospedeiro e por não existirem métodos de controle eficientes. Dados da literatura relatam que alguns genes de bactérias fitopatogênicas possuem uma seqüência consenso de nucleotídeos (TTCGC...N15...TTCGC) denominada “PIP box" ou “plant-inducible-promoter box", localizada na região promotora e responsável pela ativação da expressão de fatores de patogenicidade e virulência quando o patógeno entra em contato com a planta hospedeira. O objetivo deste trabalho foi mapear e investigar no genoma da Xac a expressão de genes contendo seqüências do tipo “PIP box", a 5’ da ORF ou internamente na região codificadora, através da técnica de macroarranjo. Com auxílio de uma ferramenta de bioinformática (script PERL), 208 seqüências consenso para o elemento cis-regulatório “PIP box" foram mapeados no genoma da Xac, e clones contendo seqüências codificadoras associadas aos promotores do tipo “PIP box" foram recuperados do banco de clones gerado pelo projeto de seqüenciamento da bactéria e validados por seqüenciamento. Os DNAs plasmidiais representando cada clone foram preparados e imobilizados em membranas de náilon (macroarranjo), as quais foram hibridadas com sondas de cDNAs marcadas com [a33P] dCTP e obtidas a partir de RNA total extraído da bactéria em estádio não infectante (cultivada em meio de cultura Caldo Nutriente – meio CN) e da bactéria infectante (cultivada por 12 horas ou 20 horas em meio XAM1 indutor de patogenicidade e virulência, ou coletada por exsudação 3 dias ou 5dias após inoculação em folhas de laranjeira). A análise da expressão dos genes contendo promotores “PIP box" putativos revelou 67 genes diferencialmente expressos quando a bactéria teve o seu programa de infecção disparado (indução “in vitro" ou “in vivo"). A validação dos resultados de macroarranjo foi realizada para alguns dos genes por meio de RT-PCR semi-quantitativo e a funcionalidade da seqüência “PIP box" para alguns promotores foi demonstrada através do gene repórter GUS. Os genes com expressão diferencial foram classificados segundo a função biológica das respectivas proteínas codificadas e estão envolvidos em processos tão distintos quanto sistema de secreção tipo III, metabolismo de membrana e parede celular, sistema de captação de ferro, metabolismo de açúcares e degradação da parede vegetal, transdução de sinais, metabolismo de flagelo, formação de biofilme e adesividade, metabolismo de ácidos nucléicos, transportadores de membrana, metabolismo energético e resposta a estresse ambiental. O possível papel destas modificações para a interação planta-patógeno e a instalação do cancro cítrico é discutida. / The citrus canker, caused by the bacterial pathogen Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac), is considered worldwide as one of the most important disease of citrus crop due to the lack of resistance in citrus plants and to the absence of efficient methods to control the disease. It was already shown that several genes involved in virulence and pathogenicity in plant pathogenic bacteria have a consensus nucleotide sequence (TTCGC…N15…TTCGC) named plant-inducible-promoter box or PIP box, located in the promoter region of the genes, which are responsible to activate the expression of genes during the host-bacteria interaction. The aim of this work was to map in Xac genome the genes containing the PIP box sequence in the promoter region, or internal to the ORF sequence, and analyze their expression during plant infection using the macroarray technique. Using a PERL script, 208 PIP box consensus sequence associated to genes were found in the Xac genome and clones containing all these genes and their PIP box sequences were recovered from a Xac genome clone bank and reconfirmed by sequencing. The plasmidial DNA containing the gene and the PIP box from each clone were purified, immobilized onto a nylon membrane (macroarray) and hybridized with [a33P] dCTP-labeled cDNAs synthesized from Xac total RNA isolated from bacteria in non-infecting (grown in NB nutrient medium) and infecting (grown for 12 or 20 hours in XAM1 medium that mimics the environment of the plant intercellular space (“in vitro") or for 3 or 5 days in orange plant leaves (“in vivo") conditions. The gene expression profile resulting from the array analysis revealed that 67 genes were differentially expressed during the temporal course of the infection. The results were validated through the analysis of expression profile for some genes using semi-quantitative RT-PCR and the PIP box functionality for some promoters was demonstrated using GUS as reporter gene. The differentially expressed genes were classified regarding the biological function of the encoded protein and related to several relevant processes as type III secretion system, membrane and cellular wall metabolism, iron uptake, sugar metabolism and host cell wall degradation, signal transduction, flagellum metabolism, biofilm formation and adhesiveness, nucleic acid metabolism, membrane transporters, energetic metabolism and stress response. The possible roles of these modifications for the bacteria-plant interaction and disease installation are discussed.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anderson Luis Heling.pdf: 1395336 bytes, checksum: 94e67896c487a6ad12d16162540e8451 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Various organisms can be used for biological control and host plant resistance induction to pathogens, among them, the yeasts. This study aimed to insulation and identify yeasts residents of phyloplan, test the potential of these insulator in production of volatile and non-volatile composts which can interfere with the development of colonies of X. axonopodis pv. phaseoli in vitro, and test these insulators in vivo in a greenhouse, for its effect on the severity of the common bacterial blight in beans, and also evaluate other factors related to productivity. The insulation of the yeast was carried from leaf and floral tissues of plants grown in environments, free use of pesticides. The identification of the insulator was based on biochemical tests and whose profile was compared to CBS-Knaw Fungal Biodiversity Centre. To evaluate the aggression of the insulator, was evaluated the production of volatile and non-volatile pairing and cultures. In a greenhouse all insulators were tested on bean plants where applied treatments on leaves and inoculated the pathogen on all leaf as well as in the first trifoliate. The severity of the common bacterial blight was evaluated in both sheets to verify that occurred the biological control of the disease and/or a possible induction of resistance. Based on this test was selected six insulators to be tested in the field in the dry season (2014/2015) and in rainy season (2015/2016), so that, there were three applications of treatments in all air part of the treated plants, and evaluated the severity of blight common bacterial as well as factors related to productivity. There was obtained 54 yeasts insulators, 42 of these were identified. All isolates showed in vitro production of non-volatile compounds capable of reducing the development of colonies of X. axonopodis pv. phaseoli. Of the 54 isolates, 47 had production of volatile compounds, in vitro, and were able to reduce the development of pathogen colonies. In greenhouse, 35 isolates had control of common bacterial blight. The Isolates Zygoascus hellenicus AH 05-5 and Rhodotorula aurantiaca AH12-3 promoted an induction susceptibility to disease. The Isolates Cryptococcus laurentii AH 01-1, Rhodotorula glutinis AH 14-3 and Sporidiobolus johnsonii AH 16-1 had reduced AUDPC of common bacterial blight in bean plants grown in the field, however, the control of this disease did not result in increased productivity / Diversos organismos podem ser utilizados para controle biológico de doenças e indução de resistência de plantas a patógenos, dentre estes, as leveduras. Este trabalho teve como objetivo isolar e identificar leveduras residentes do filoplano, testar o potencial destes isolados na produção de compostos voláteis e não voláteis que podem interferir no desenvolvimento de X. axonopodis pv. phaseoli in vitro, bem como em condições de casa de vegetação e a nível de campo, verificar seu efeito na severidade do crestamento bacteriano comum em feijoeiro, bem como outros fatores relacionados a produtividade. O isolamento das leveduras foi realizado a partir do filoplano e órgãos florais de plantas cultivadas em ambientes sem uso de agrotóxicos. A identificação dos isolados foi realizada com base em testes bioquímicos e cujo perfil foi comparado ao disponível no CBS-Knaw Fungal Biodiversity Centre. Para avaliar a capacidade dos isolados avaliou-se a produção de compostos voláteis e não voláteis e pareamento de culturas. Em casa de vegetação todos os isolados foram testados em plantas de feijoeiro onde se aplicou os tratamentos nas folhas primárias e inoculou-se o patógeno nestas folhas assim como no primeiro trifólio. Avaliou-se a severidade do crestamento bacteriano comum em ambas as folhas para se verificar se ocorreu o controle biológico da doença e/ou uma possível indução de resistência. Com base neste teste selecionou-se seis isolados para serem testados a campo na safra da seca (2014/2015) e também na safra das águas (2015/2016), para isto, foram realizadas três aplicações dos tratamentos em toda parte aérea das plantas tratadas, sendo avaliada a severidade do crestamento bacteriano comum além de fatores relacionados a produtividade. Obteve-se 54 isolados de leveduras, destes 42 foram identificados. Todos os isolados apresentaram, produção de compostos não voláteis capazes de reduzir o desenvolvimento de X. axonopodis pv. phaseoli. Dos 54 isolados, 47 apresentaram produção de compostos voláteis e foram capazes de reduzir o desenvolvimento do patógeno. Em casa de vegetação, 35 isolados apresentaram controle do crestamento bacteriano comum. Os isolados Zygoascus hellenicus AH 05-5 e Rhodotorula aurantiaca AH12-3 promoveram uma indução de suscetibilidade a doença. Os isolados Cryptococcus laurentii AH 01-1, Rhodotorula glutinis AH 14-3 e Sporidiobolus johnsonii AH 16-1 apresentaram redução da área abaixo da curva de progresso da doença em plantas de feijoeiro cultivadas a campo, no entanto, o controle desta doença não resultou no incremento de produtividade

Orientador: Andréa Balan Fernandes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:02:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pegos_VanessaRodrigues_M.pdf: 19133775 bytes, checksum: abcda42c9097c7e59ea61175934c2304 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A captação de sulfato em Escherichia coli é dependente do transportador do tipo ABC (do inglês, ATP Binding Cassete), SbpCysAWD, pertencente a um regulon que envolve 26 genes. Na ausência de sulfato, a bactéria induz a expressão de dois outros transportadores ABC, o de proteínas do sistema de transporte de alcanosulfonatos (SsuABCDE) e de sulfonatos alifáticos (TauABCDE), que são responsáveis pela captação, incorporação e oxidação destes compostos a sulfito e aldeído. Embora não comprovado funcionalmente, Xanthomonas axonopodis pv. citri apresenta todos os genes envolvidos neste regulon e, neste trabalho, dando continuidade à caracterização do transportador SsuABCDE, foi realizada pela primeira vez, a caracterização estrutural e funcional das enzimas SsuD e SsuE. Análises bioquímicas associadas às análises de bioinformática e modelagem molecular, revelaram que as enzimas SsuD e SsuE constituem um sistema de dois componentes, no qual a SsuD seria a óxido-redutase responsável pela oxidação do NAD(P)H, seguida da redução da FMN. A proteína foi expressa e purificada a partir de células de E. coli com massa molecular de 39 kDa, e se organiza na forma de um octâmero, conforme demonstrado por experimentos de espalhamento de raios X a baixo ângulo e ultra-centrifugação. O modelo da estrutura tridimensional da SsuD revela uma proteína com enovelamento barril-TIM, com conservação de resíduos que permitem a oligomerização e a interação com NAD(P)H, mas não com flavina. Ensaios enzimáticos mostraram que a SsuD liga NADP(Pbp) com alta afinidade (0,21 µM) e é capaz de oxidá-lo conforme os parâmetros cinéticos de Km: 0.1877 µM -1; Kcat: 7,192 s-1; Vmáx: 0.7911 µM/min; Kcat/Km: 3,8 x 107 m-1S-1. Ainda, foram obtidos cristais da SsuD em diferentes condições as quais estão em fase de refinamento. As análises de bioinformática da SsuE sugerem que ela seja a óxido-redutase do sistema. O trabalho ainda mostra a caracterização da proteína Pbp de X. axonopodis, do suposto sistema de transporte de fosfonatos. A Pbp foi expressa com massa molecular de 33 kDa, e as análises espectroscópicas revelaram alterações conformacionais na estrutura secundária na presença de fosfonatos e fosfato, bem como aumentada estabilidade térmica na presença de espermidina, usada nos ensaios de cristalização. Cristais foram obtidos em diferentes condições e devem ser usados para os testes de difração. Os resultados apresentados neste trabalho revelam dados de proteínas e sistemas de X. axonopodis ainda não estudados e serão importantes para direcionar futuros estudos sobre a função destas na bactéria, tanto em condições laboratoriais, como em testes in vivo, durante infecção na planta / Abstract: Sulfur uptake in Escherichia coli is dependent of the ABC transporter SbpCysAWD (ATP Binding Cassete), which belongs to a regulon with 26 genes. In the sulfate absence, the bacteria induces the expression of two other ABC transporters, for alkanesulfonates (SsuABCDE) and aliphatic sulfonates (TauABCDE), which are responsible for the uptake and oxidation of these compounds to sulfite and aldehyde. Although its functionality has been not showed, Xanthomonas axonopodis pv. citri has all the genes involved in this regulon, including the alkanesulfonate transporter and enzymes. In order to continue the characterization of this transport, this work shows for the first time, the structural and functional characterization of the proteins SsuD and SsuE. Biochemical analyses associated to the bioinformatics and molecular modeling tools revealed that the SsuD and SsuE form a two-components system, where SsuD is the oxidoreductase responsible for the NAD(P)H oxidation followed by the FMN reduction. The protein was expressed and purified from E. coli cells with a molecular mass of the 39 kDa and it is organized in a octamer, such was demonstrated by the small angle scattering X-ray and ultracentrifugation assays. The tri-dimensional model of SsuD reveals a TIM barrel folding and conservation of residues that allow the oligomerization and NADP interaction. Enzymatic assays showed a high affinity binding of SsuD and NADP (0,21 µM) and that the protein was able to obtain the cinetic parameters, such as Km: 0.1877µM -1; Kcat: 7,192 s-1; Vmáx: 0.7911 µM/min; Kcat/Km: 3,8x 10-7 m 1S-1. Indeed, SsuD crystals were obtained in different conditions. The work still shows the charactrization of the Pbp protein, from X. axonopodis, believed to be the fosfonate/fosfate binding protein. Pbp was expressed with a molecular mass of 33 kDa, and spectroscopic analyses revealed conformational changes at the secondary structure content in presence of fosfonates, as well as an increased thermal stability in presence of spermidine, which was used for the crystallization trials. Crystals were obtained but still not tested. All results presented in this work can bring some light to the strategies that X. axonopodis uses for growth and infection and they will direct our studies for laboratorial and in vivo analyses / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Orientador: Marcos Antonio Machado / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-09T03:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Winck_FlaviaVischi_M.pdf: 4501613 bytes, checksum: 37c71381bde27b6bd814d565ab527886 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A bactéria Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) é o agente causador do cancro cítrico, doença que leva a severas perdas econômicas devido à contaminação e à erradicação de plantas de citros. Com o seqüenciamento completo do genoma de Xac, vários genes supostamente envolvidos com a patogenicidade de Xac foram identificados. Os genes ligados à resposta de hipersensibilidade (hrp) e avirulência (avr) em geral estão relacionados à patogenicidade de Xanthomonas, entretanto, poucos estudos funcionais destes genes de Xac foram feitos. Foram construídas linhagens mutantes de Xac para a perda de função dos genes hrpF e avrXacE2 e, nas análises in vivo, foi verificado que hrpF está envolvido na patogenicidade de Xac e é essencial para a manifestação dos sintomas primários da doença. A mutação de avrXacE2 não provocou alterações na capacidade de Xac em provocar os sintomas do cancro, portanto, este gene não parece ser essencial para a patogenicidade da bactéria, podendo não estar envolvido diretamente na patogenicidade de Xac. Os genes hrpF e avrXacE2 foram clonados em vetores de expressão e foram realizados testes de indução da expressão destas proteínas em sistemas heterólogos. Somente a proteína AvrXacE2 foi expressa, purificada e submetida a teste de interação com as proteínas citoplasmáticas da linhagem mutante de Xac para o gene avrXacE2. Os testes de interações não confirmaram a identificação de proteínas com afinidade específica pela proteína recombinante AvrXacE2. A proteína HrpF não foi super-expressa em sistema heterólogo. Nas análises de proteoma comparativo da linhagem de Xac selvagem versus linhagem mutante para o gene hrpF, foram detectadas alterações na expressão de proteínas citoplasmáticas e "pericelulares". Com base nas observações pode-se supor que HrpF possa influenciar processos celulares relacionados à respostas à situações de estresse e não somente atuar na translocação de moléculas efetoras via T3SS. A partir do que foi exposto neste trabalho, sugere-se que as técnicas de estudos funcionais de genes e análises proteômicas podem conjuntamente permitir que novos mecanismos relacionados a patogenicidade de Xac sejam interpretados. Com os mutantes produzidos neste estudo, espera-se criar condições para novos ensaios funcionais visando a melhor compreensão da patogenicidade de Xac e buscar novas formas de combate ao cancro cítrico / Abstract: The bacterium Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) is the causative agent of the citrus canker disease, which leads to economic losses due the contamination and erradication of citrus plants. The complete sequencing of its genome identified a number of genes supposedly involved with pathogenicity. Genes that code for hipersensitivity response (hrp) and avirulence (avr), in general, are related to the pathogenicity of Xanthomonas, however, only a few functional studies of these genes in Xac have been made. Here we report findings based on genomics and proteomics methods for Xac. Mutant strains of Xac for genes hrpF and avrXacE2 and in vivo assays demonstrated that hrpF is strongly involved in the pathogenicity of Xac and is essential for the manifestation of the primary symptoms of the citrus canker. On the other hand, the lack of avrXacE2 expression did not result in modifications in the capacity of Xac to elicite the symptoms of canker, therefore, this gene does not seem to be essential for the pathogenicity of the bacterium. The genes hrpF and avrXacE2 were cloned in expression vectors and tests of induction of the expression of these proteins in heterologous systems were carried out. The protein AvrXacE2 was expressed, purified and tested on interaction assays with cytoplasmic proteins of the mutant of Xac for the gene avrXacE2. The tests of interactions had not confirmed the identification of proteins with specific affinity for the recombinant protein AvrXacE2. The protein HrpF was not overexpressed in heterologous system. In the comparative proteome of the wild versus mutant strains for hrpF, modifications in the cytoplasmic protein expression and "pericellular" expression levels were detected. We postulate that, besides acting as a translocator of molecules through T3SS, HrpF may influence stress-related cellular responses. Thus, it is an opportune time to highlight the new and different ways in which HrpF serves Xac function. Moreover, we can assume that the techniques of functional genomics and proteomics analyses will clarify the mechanisms of pathogenicity used by Xac to cause citrus canker and, thus, enable the search for additional information to control the disease / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

O cancro cítrico, causado pela bactéria Gram negativa Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) é considerado uma das principais doenças da citricultura nacional e mundial, devido à susceptibilidade do hospedeiro e por não existirem métodos de controle eficientes. Dados da literatura relatam que alguns genes de bactérias fitopatogênicas possuem uma seqüência consenso de nucleotídeos (TTCGC...N15...TTCGC) denominada “PIP box” ou “plant-inducible-promoter box”, localizada na região promotora e responsável pela ativação da expressão de fatores de patogenicidade e virulência quando o patógeno entra em contato com a planta hospedeira. O objetivo deste trabalho foi mapear e investigar no genoma da Xac a expressão de genes contendo seqüências do tipo “PIP box”, a 5’ da ORF ou internamente na região codificadora, através da técnica de macroarranjo. Com auxílio de uma ferramenta de bioinformática (script PERL), 208 seqüências consenso para o elemento cis-regulatório “PIP box” foram mapeados no genoma da Xac, e clones contendo seqüências codificadoras associadas aos promotores do tipo “PIP box” foram recuperados do banco de clones gerado pelo projeto de seqüenciamento da bactéria e validados por seqüenciamento. Os DNAs plasmidiais representando cada clone foram preparados e imobilizados em membranas de náilon (macroarranjo), as quais foram hibridadas com sondas de cDNAs marcadas com [a33P] dCTP e obtidas a partir de RNA total extraído da bactéria em estádio não infectante (cultivada em meio de cultura Caldo Nutriente – meio CN) e da bactéria infectante (cultivada por 12 horas ou 20 horas em meio XAM1 indutor de patogenicidade e virulência, ou coletada por exsudação 3 dias ou 5dias após inoculação em folhas de laranjeira). A análise da expressão dos genes contendo promotores “PIP box” putativos revelou 67 genes diferencialmente expressos quando a bactéria teve o seu programa de infecção disparado (indução “in vitro” ou “in vivo”). A validação dos resultados de macroarranjo foi realizada para alguns dos genes por meio de RT-PCR semi-quantitativo e a funcionalidade da seqüência “PIP box” para alguns promotores foi demonstrada através do gene repórter GUS. Os genes com expressão diferencial foram classificados segundo a função biológica das respectivas proteínas codificadas e estão envolvidos em processos tão distintos quanto sistema de secreção tipo III, metabolismo de membrana e parede celular, sistema de captação de ferro, metabolismo de açúcares e degradação da parede vegetal, transdução de sinais, metabolismo de flagelo, formação de biofilme e adesividade, metabolismo de ácidos nucléicos, transportadores de membrana, metabolismo energético e resposta a estresse ambiental. O possível papel destas modificações para a interação planta-patógeno e a instalação do cancro cítrico é discutida. / The citrus canker, caused by the bacterial pathogen Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac), is considered worldwide as one of the most important disease of citrus crop due to the lack of resistance in citrus plants and to the absence of efficient methods to control the disease. It was already shown that several genes involved in virulence and pathogenicity in plant pathogenic bacteria have a consensus nucleotide sequence (TTCGC…N15…TTCGC) named plant-inducible-promoter box or PIP box, located in the promoter region of the genes, which are responsible to activate the expression of genes during the host-bacteria interaction. The aim of this work was to map in Xac genome the genes containing the PIP box sequence in the promoter region, or internal to the ORF sequence, and analyze their expression during plant infection using the macroarray technique. Using a PERL script, 208 PIP box consensus sequence associated to genes were found in the Xac genome and clones containing all these genes and their PIP box sequences were recovered from a Xac genome clone bank and reconfirmed by sequencing. The plasmidial DNA containing the gene and the PIP box from each clone were purified, immobilized onto a nylon membrane (macroarray) and hybridized with [a33P] dCTP-labeled cDNAs synthesized from Xac total RNA isolated from bacteria in non-infecting (grown in NB nutrient medium) and infecting (grown for 12 or 20 hours in XAM1 medium that mimics the environment of the plant intercellular space (“in vitro”) or for 3 or 5 days in orange plant leaves (“in vivo”) conditions. The gene expression profile resulting from the array analysis revealed that 67 genes were differentially expressed during the temporal course of the infection. The results were validated through the analysis of expression profile for some genes using semi-quantitative RT-PCR and the PIP box functionality for some promoters was demonstrated using GUS as reporter gene. The differentially expressed genes were classified regarding the biological function of the encoded protein and related to several relevant processes as type III secretion system, membrane and cellular wall metabolism, iron uptake, sugar metabolism and host cell wall degradation, signal transduction, flagellum metabolism, biofilm formation and adhesiveness, nucleic acid metabolism, membrane transporters, energetic metabolism and stress response. The possible roles of these modifications for the bacteria-plant interaction and disease installation are discussed.

Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) é uma bactéria fitopatógênica que causa de cancro cítrico em plantações no mundo inteiro. Trinta e cinco proteínas alvo foram selecionadas para estudos de proteômica estrutural a partir do genoma de Xac. As proteínas foram clonadas, expressas e testadas usando uma nova metodologia de triagem de proteínas que permite que espectros de RMN 2D 15N-HSQC sejam coletados antes da purificação da proteína em estudo. Esta abordagem possibilitou determinar quais proteínas alvo melhor se adequavam para estudos estruturais futuros por RMN e/ou cristalografia de raios X de forma rápida e eficaz. A proteína ClpS de Xac, descrita como moduladora da atividade da protease bacteriana ClpAP, foi uma das proteínas selecionadas para estudos estruturais por RMN usando esta metodologia. O assinalamento das ressonâncias da cadeia principal e das cadeias laterais desta proteína usando experimentos de tripla ressonância e dados de dinâmica e de troca H/D forneceram informações sobre a sua estrutura secundária. Um modelo tridimensional foi gerado por modelagem por homologia a partir de um homólogo de E. coli e foi validado por acoplamentos dipolares residuais (DHN ) obtidos experimentalmente. Todos os dados RMN sugerem que a região N-terminal de ClpS se apresenta desestruturada. O mapeamento por RMN da interação de ClpS com a sua parceira ClpA é também apresentado. / Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) is a phytopathogenic bacterium that causes citrus canker around the world. Thirty-five target proteins for structural proteomics studies have been selected from the Xac genome. The target proteins were cloned, expressed and tested using a novel screening methodology that allows for 2D 15N-HSQC NMR spectra to be collected prior to the purification of the target protein. This approach allowed us to determine which target proteins were amenable for future structural studies by NMR and/or X-ray crystallography in a fast and efficient manner. The ClpS protein, which has been described as a modulator of substrate specificity of the bacterial protease ClpAP, was one of the proteins selected structural studies by NMR using this methodology. Backbone and side-chain assignment derived from 3D triple resonance NMR experiments and dynamic data from hydrogen-deuterium exchange NMR experiments have provided information on the secondary structure elements of this protein. A model for Xac ClpS was generated by homology modeling from an E. coli homogue and validated using experimentally obtained DHN residual dipolar couplings. All NMR data suggest that the N-terminal region of the protein ClpS is highly unstructured. NMR mapping of the interaction of ClpS with its partner protein ClpA is also presented.

Le manioc (Manihot esculenta L. Crantz) est cultivé dans toute la zone intertropicale. Compte tenu de ses utilisations potentielles, le développement de la culture du manioc a considérablement augmenté au niveau mondial, mais il est encore considéré comme une culture de subsistance en particulier dans les régions pauvres où il est cultivé par les petits producteurs. La production du manioc est fortement contrainte par des facteurs biotiques et abiotiques, dont la bactériose vasculaire du manioc (CBB) et la nécrose bactérienne du manioc (CBN) qui sont deux maladies causées par les bactéries Xanthomonas axonopodis pv. les manihotis (Xam) et X. cassavae (Xc), respectivement. CBB est considérée comme la principale maladie bactérienne, notamment au Venezuela où la CBB a été signalée pour la première fois dans les années 70. Dans les années 90, des études ont été menées pour élucider la variabilité génétique de Xam dans différentes régions du pays, au moyen d’outils moléculaires, mettant en évidence un degré élevé de polymorphisme parmi les souches analysés.Le sujet de cette thèse porte sur la situation de CBB au Venezuela 20 ans après. Quelle est la diversité génétique actuelle de Xam au Venezuela? Quelle est la structure génétique des populations de Xam dans ce pays, et comment diffèrent-elles des souches de Xam recueillies dans les années 90? En outre, étant donné que Xam et Xc provoquent des symptômes semblables sur feuilles de manioc et présentent des caractéristiques physiologiques et morphologiques similaires, nous avons également visé à développer un nouvel outil de diagnostic moléculaire permettant une détection rapide et fiable de Xam et de Xc tout étant capable de les discriminer l’une vis à vis de l’autre.Pour atteindre nos objectifs, nous avons d'abord établi une PCR-duplex comme outil de détection moléculaire des xanthomonades infectant le manioc. Sur la base de l'analyse in silico des séquences du génome de 66 souches de Xam et une de Xc, nous avons pu sélectionner 6 paires d'amorces candidates spécifiques de Xam et six autres pour Xc. Nous avons pu développer un test de PCR-duplex qui a été validé en testant 53 souches de Xam et 25 souches de Xc issues de différents pays, 18 souches non cibles contrôles et cinq souches épiphytes associées au manioc. Cette technique représente un outil utile pour détecter et différencier Xam et Xc provenant de cultures in vitro mais aussi fonctionnelle à partir de tissues de plantes infectés.Deuxièmement, nous avons donc évalué la diversité des populations de Xam à l’aide de l’étude de microsatellites (ou MLVA pour « Multiple loci VNTR analysis »). Une enquête de terrain menée dans six États du Venezuela a permis d'évaluer la présence de la maladie, son statut et nous a permis d'établir une collection de souches de Xam dont l’analyse détaillée de la diversité a pu être réalisée. Au total nous avons isolé 202 souches de Xam issues de six localités situées dans quatre états. À l'aide d'un schéma 14-MVLA, nous avons analysé 12 populations et mis en évidence un indice élevé de la diversité génétique au sein de ces populations et entre elles, et principalement dans l'est du pays.Le développement de ce type de recherche est essentiel pour une gestion raisonnée des cultures dans le monde. Conjugué aux politiques agricoles existantes, il nous permettra de mieux comprendre les agents pathogènes d'importance agricole et les mécanismes impliqués dans leur établissement dans le temps et à travers l’espace. L'objectif à long terme est d'appliquer des mesures de contrôle efficaces et durables, ce qui conduira à des mesures de quarantaine plus efficaces pour prévenir la propagation de la maladie. / Cassava (Manihot esculenta L. Crantz) belongs to the group of roots and tubers and is cultivated in the tropics worldwide. This species is a nutritional alternative in many populations where no optimal crop production, general conditions nor technological support exist. Considering its potential uses, the global development of cassava crop has increased significantly but it is still considered a subsistence crop in poor regions lead by smallholder producers. Cassava is affected by biotic and abiotic factors during its life cycle, which heavily limiting its optimal performance. A variety of pests and diseases are known to affect cassava production. Among them are those caused by Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) and Xanthomonas cassavae (Xc), causal agents of Cassava Bacterial Blight (CBB) and Cassava Bacterial Necrosis (CBN) diseases, respectively. CBB is considered the major bacterial disease that affects cassava crop worldwide which is also the case in Venezuela where it was first reported in the 70s. Since the 90s, studies were conducted to elucidate Xam genetic variability in different regions in the country, by means of different molecular tools available at that time. A high degree of polymorphism among the isolates was reported, whether collected from the same or different fields. The Xam population was distributed into eight clusters and no correlation was observed between genetic diversity and geographic origin.Our questions deal with the situation of CBB in Venezuela 20 years later : what is the current genetic diversity of Xam populations in Venezuela? what is the genetic structure of Xam populations and how do they differ with respect to Xam strains collected in 90s. Moreover, because Xam and Xc cause similar symptoms on cassava leaves and display similar physiological and morphological characteristics, we also aimed at developing a new molecular diagnostic tool allowing for fast and reliable detection of Xam and able to discriminate with Xc.To achieve our goals, we first established a duplex-PCR as a molecular detection tool of cassava-infecting xanthomonads. Based on in silico analysis of the genome sequences of 66 Xam and 1 Xc strains, we were able to select 6 Xam and 6 Xc primers pairs candidates, of which one set of primers for each was selected for further studies. We were able to develop a duplex-PCR assay that was validated upon testing 53 Xam strains and 25 Xc strains from different countries, 18 non-target strains, and 5 epiphytic strains associated to cassava, proving this technique a useful tool to detect and differentiate Xam and Xc from in vitro cultures and in planta.Secondly we assessed the diversity of Xam populations through a variable number of tandem repeat analysis (MLVA). A field survey conducted in six states in Venezuela enabled to evaluate the occurence of the disease, its status and allowed us to establish a strain collection for detailed diversity analysis. We isolated 202 Xam strains from six localities, localized in four states. Using a MVLA14-scheme, we analyzed 12 populations highlighting a high index of genetic diversity among and within populations, mainly in the east of the country.The development of this type of research is essential in the management of crops in the world and coupled with the existing agricultural policies, it will allow us to have a deeper understanding of pathogens of agricultural importance and the mechanisms involved in their establishment over time and across regions. The long-term objective of this is to apply control measures that are effective in time, thus establishing more stringent quarantine measures to prevent the spread of the disease.

A captação de maltose em bactérias é feita por um sistema transportador do tipo ABC composto por uma proteína ligadora de substrato (MalE), duas proteínas transmembrana e uma ATPase. No presente trabalho descrevemos a clonagem, expressão e análise bioquímica e estrutural da proteína MalE da bactéria fitopatogênica Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac) O gene malE de Xac foi clonado em vetor de expressão pET28a, a proteína recombinante foi expressa em Escherichia coli e purificada por cromatografia de afinidade ao níquel. Amostras da proteína solúvel foram analisadas quanto à estrutura secundária, interação com possíveis ligantes, estabilidade frente a diferentes condições físico-químicas. Ensaios de cristalização possibilitaram a obtenção de cristais em diferentes condições, um deles apresentou grupo espacial P6122, mas não foi possível resolver a estrutura. Com base nas estruturas conhecidas de ortólogos de MalE, geramos um modelo estrutural para a proteína de Xac e foram feitas análises quanto à interação com trealose e maltose. Modelos estruturais dos componentes transmembrana (LacF e LacG) e ATPase (UgpC) do sistema transportador de maltose de Xac também foram gerados. Os resultados representam uma contribuição importante para o conhecimento sobre a fisiologia e sistemas de transporte de Xac. / Maltose uptake in bacteria is mediated by an ABC transporter comprising a substrate binding protein (MalE), two transmembrane proteins, and one ATPase. In the present study, we describe the cloning, expression and biochemical as well as structural analyses of the MalE protein of the phytopagen Xanthomonas axonopodis pv citri (Xac). The malE gene of Xac was cloned in the pET28a expression vector, the recombinant protein was expressed in Escherichia coli and, subsequently, purified by nickel affinity chromatography. Samples of soluble protein were analyzed regarding secondary structure, interaction with putative ligants and stability under different physico-chemical conditions. Crystallization trials were carried out under different conditions, one particular condition yielded crystal with a P6122space group, but the structure was not solved. Based on known ortholog structures, a structural model for Xac MalE was obtained allowing interaction with modeled threhalose and maltose. Structural models the transmembrane (LacF and LacG) and ATPase (UgpC) components were also obtained. The present results represent an important contribution to the knowledge of the physiology and transporter systems found in Xac.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:37:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roberto_Luis_Portz.pdf: 1085899 bytes, checksum: 3efb6c9ddc743240ff09e54b5f1b5d9a (MD5) Previous issue date: 2003-02-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The bacterial blight of cassava (Xanthomonas axonopodis pv. manihotis) is the most important disease in the culture of the cassava and its occurrence is generalized in all the places where it is cultivated. The intensity of the disease is related, mainly, with the resistance and age of the plant and with the soil and weather conditions. With the objective of obtaining information about the genetic variability of these bacteria in the West region of Paraná, a research was accomplished, throughout sampling of stems with similar symptoms to the caused by the disease, at Entre Rios do Oeste, Marechal Cândido Rondon, Mercedes, Missal, Nova Santa Rosa and Pato Bragado. Stems of cassava varieties destined for industry and varieties for human consume were sampled. The isolates obtained were characterized to "in vitro" amylase activity, eletrophoretic analysis of isoenzymes α and β-esterase and aggressiveness. From 61 collected materials, it was possible to obtain 19 isolated of X. axonopodis pv. manihotis. Materials of human consume varieties showed larger incidence than those for industry. Stems from Pato Bragado, Entre Rios do Oeste and Mercedes showed incidences of 10, 27 and 10%, respectively, values smaller than those of Marechal Cândido Rondon (50%) and Nova Santa Rosa (58%). The isolates could be contained in three, six and 12 different groups to amylolytic activity, aggressiveness and esterase isoenzimes, respectively. There was not relationship between the amylase activity and aggressiveness of the isolates. Based on the origin, isolates of Marechal Cândido Rondon were more aggressive than those of other sampled areas. The clustering for esterase allowed to verify that isolates from Entre Rios do Oeste, Nova Santa Rosa and Mercedes showed high similarity degree. These results indicate there to be differentiation among the isolates of the bacteria presents in the studied regions / A bacteriose ou murcha bacteriana (Xanthomonas axonopodis pv. manihotis) é a doença de maior importância econômica na cultura da mandioca e sua ocorrência está generalizada em todos os locais onde esta é cultivada. A intensidade da doença está relacionada, principalmente, com a resistência e idade da planta e com as condições edafoclimáticas. Com o objetivo de obter informações sobre a variabilidade genética desta bactéria em municípios produtores da região Oeste do Paraná, foi realizado um levantamento, através de coletas de ramas com sintomas semelhantes aos causados pela doença, em Entre Rios do Oeste, Marechal Cândido Rondon, Mercedes, Missal, Nova Santa Rosa e Pato Bragado. Foram coletadas ramas de variedades de mandioca destinadas para indústria e para mesa. Os isolados obtidos foram caracterizados quanto à atividade in vitro de amilase, análise eletroforética de isoenzimas de α e β-esterase e quanto à agressividade. A partir de 61 materiais vegetais coletados, foi possível obter 19 isolados de X. axonopodis pv. manihotis, sendo que, materiais provenientes de variedades de mesa apresentaram maior incidência em relação àquelas para indústria. Manivas provenientes de Pato Bragado, Entre Rios do Oeste e Mercedes apresentaram incidências de 10, 27 e 10%, respectivamente, valores inferiores aos de Marechal Cândido Rondon (50%) e de Nova Santa Rosa (58%). Os isolados puderam ser agrupados em três, seis e 12 grupos distintos com relação à capacidade amilolítica, agressividade e isoenzimas de esterase, respectivamente. Não houve relação entre a atividade de amilase e agressividade dos isolados. Baseado na procedência, isolados de Marechal Cândido Rondon foram mais agressivos que os provenientes das outras regiões amostradas. O agrupamento com base em esterase permitiu verificar que isolados provenientes de Entre Rios do Oeste, Nova Santa Rosa e Mercedes apresentam, entre si, alto grau de similaridade. Estes resultados indicam haver diferenciação entre os isolados da bactéria presentes nos municípios amostrados