A cultura de cana-de-açúcar ocupa posição de destaque nos cenários nacional e internacional devido principalmente a produção de etanol como fonte de energia renovável e menos nociva ao ambiente. Entretanto um dos obstáculos à produtividade é a ocorrência de várias doenças dentre elas a escaldadura das folhas causada por Xanthomonas albilineans. Bactérias endofíticas e rizosféricas pertencentes ao gênero Burkholderia tem sido isoladas com alta frequência em diferentes culturas como, por exemplo, a cana-de-açúcar. Nas últimas décadas, estas bactérias têm recebido especial atenção devido ao seu potencial como promotoras de crescimento vegetal, como agentes de biorremediação, mas muito pouco é explorado quanto ao potencial biotecnológico dessas bactérias como agentes de biocontrole de doenças. Visto que essas bactérias vivem em um ambiente altamente competitivo e sujeito a flutuações ambientais, representam uma fonte altamente significativa de metabólitos secundários bioativos, como as bacteriocinas sintetizadas ribossomicamente e outros peptídeos não ribossomais. Portanto, os objetivos principais deste trabalho foram determinar a frequência de linhagens de Burkholderia spp. endofíticas e da rizosfera de cana-deaçúcar capazes de produzir bacteriocinas e outros metabólitos secundários e por meio de mutagênese aleatória por transposon, identificar genes associados a produção desses metabólitos. Os resultados de caracterização permitiram concluir que as bactérias endofíticas e rizosféricas pertencentes ao gênero Burkholderia avaliadas apresentaram grande potencial em produzir metabólitos com atividade antibacteriana in vitro; sendo capazes de controlar X. albilineans importante patógeno da cultura de cana-de-açúcar. Para uma das linhagens foi obtida uma biblioteca de mutantes, a qual foi parcialmente caracterizada quanto à alteração da atividade antibacteriana. Foram identificados doze mutantes que apresentaram perda da atividade antibacteriana. A análise das sequências flanqueadoras do transposon para os doze mutantes permitiu a identificação de genes associados a produção de bacteriocinas, a regulação da expressão gênica, a enzimas possivelmente associadas ao metabolismo secundário, ao metabolismo geral da célula e a proteínas hipotéticas. A identificação e clonagem de tais genes permitirão uma maior compreensão da produção desses compostos e futuras aplicações biotecnológicas. / The sugarcane crop has an important role in international and national scenery mainly because the ethanol production as a sustainable energy source and less harmful to the environment. However one of the obstacles to the productivity is the occurrence of several diseases among them leaf scald caused by Xanthomonas albilineans. Endophytic and rhizospheric bacteria that belong to the Burkholderia genus have been isolated in high frequency in different cultures, such as sugarcane. In the last decades, these bacteria have been receiving attention due their potential as plant growth promoters, bioremediation agents. However, the biotechnological potential of these bacteria as agents of diseases biocontrol is very poorly evaluated. Since these bacteria live in a highly competitive environment and subject to environmental fluctuations, they may represent a highly significant source of bioactive secondary metabolites, as ribosomal synthesized bacteriocins and other nonribosomal peptides. Therefore, the main aim of this work was to determine the frequency of bacteriocin and secondary metabolites production by endophytic and rhizospheric isolates of Burkholderia spp. from sugarcane. Also, the genes associated to synthesis of these metabolites were identified by random mutagenesis based on Tn5 transposon. The results showed that endophytic and rhizospheric Burkholderia spp. present in vitro potential to production of metabolites with antibacterial activity; being inhibited X. albilineans, an important pathogen of sugarcane crops. For one of the Burkholderia strain it was obtained a mutant library, which was partially characterized according to antibacterial activity. Twelve mutants that showed the loss of antibacterial activity were identified and further evaluated. Also, the analysis of the transposon flanking sequences for these mutants indicated that genes associated to the bacteriocin production, regulation of gene expression, enzymes possibly associated to the secondary metabolism, general metabolism of the cell and hypothetical proteins are related to loss of inhibition ability. The identification and cloning of such genes will allow a better understanding of the production of theses compounds and further biotechnological applications.

A cana-de-açúcar é uma das mais importantes culturas para o Brasil e vem recebendo significativa atenção devido à crescente substituição de combustíveis fósseis por fontes renováveis e menos poluentes de energia como o etanol. Consequentemente, os aspectos biotecnológicos oriundos da interação de bactérias e cana-de-açúcar devem ser mais bem avaliados, além disso, estudos de interação planta-microrganismo desenvolvidos em países tropicais são ainda incipientes. As bactérias interagindo com as plantas de interesse agronômico podem acarretar os mais diversos benefícios, com ênfase na promoção do crescimento vegetal e da fitossanidade. Dentre essas bactérias, diversas linhagens de Pantoea agglomerans têm sido isoladas intimamente associadas a várias espécies vegetais. As bactérias pertencentes ao gênero Pseudomonas também têm sido exploradas biotecnologicamente, pois produzem uma vasta gama de antimicrobianos que podem ser utilizados no controle de pragas e fitopatógenos. A partir desses fatos, uma linhagem de P. agglomerans, 33.1, previamente isolada endofiticamente de Eucalyptus grandis e promotora de crescimento dessa cultura, foi avaliada quanto aos aspectos biotecnológicos durante associação com cana-de-açúcar. A linhagem 33.1 foi capaz de promover o crescimento de cana-de-açúcar e também induziu a produção de proteínas de resistência pelas plantas inoculadas. Dentre os mecanismos avaliados na promoção de crescimento vegetal, a linhagem apresentou alta produção de fitormônio e fosfatases. Foi também confirmado que a interação planta-bactéria afetou o metabolismo da linhagem 33.1. Um plasmidio integrativo, pNKGFP, foi desenvolvido e inserido na linhagem 33.1. A linhagem bacteriana marcada foi monitorada durante interação com cana-de-açúcar. Por microscopia de fluorescência, re-isolamento e PCR quantitativo (qPCR) foi confirmada a capacidade de colonização cruzada de cana-deaçúcar pela linhagem 33.1:pNKGFP, abrindo assim precedentes para utilização dessa linhagem em outras culturas. Posteriormente, a linhagem 33.1 foi geneticamente modificada para produção da proteína Cry. Por meio de bioensaios em dieta artificial e colmos de cana-de-açucar foi provado o parcial controle de Diatraea saccharalis, uma importante praga de cana-de-açúcar, pela linhagem endofítica expressando heterologamente o gene cry1a7c. Vários antibióticos e sideróforos produzidos pela bactéria P. fluorescens, linhagem Pf-5, foram avaliados quanto ao controle de Fusarium spp., incluindo isolados de F. verticillioides causadores de Pokkah boeng em cana-deaçúcar. Por mutações sitio-dirigido em genes envolvidos na biossíntese de antimicrobianos foi provado que os compostos 2,4-diacetil-floroglucinol e rizoxina são os principais responsáveis no controle Fusarium spp. Por HPLC e RT-qPCR foi também provado que ácido fusárico afeta a produção de antibióticos pela Pf-5. / Sugarcane is one of the most important Brazilian crops. Its importance is increasing due to the gradual substitution of fossil fuel for renewable and cleaner energy sources, such as ethanol Consequently, the biotechnological aspects that mediate sugarcane-bacterium interactions must be evaluated; studies from tropical countries are incipiente Bacterium-plant interactions can often improve the growth and fitness of associated plants. One of these beneficial bacteria, Pantoea agglomerans, has been isolated from many vegetal species. The Pseudomonas genus also has a record of biotechnological exploration due to its wide range of antibiotic production. These compounds can be used on pest and plant-pathogen control. For these reasons, P. agglomerans, strain 33.1, previously isolated from Eucalyptus grandis and a known eucalyptus growth-promoter, was evaluated about regarding the biotechnological aspects of sugarcane-bacterial association. 33.1 strain was able to promote sugarcane growth and also to induce the production of resistance proteins for inoculated plants. The plant-hormone and phosphatase production by 33.1 were associated with sugarcane growth-promotion bacterial mechanisms. An integrative plasmid, pNKGFP, was constructed and used to transform 33.1. The marked strain was monitored during sugarcane association. The sugarcane cross-colonization by 33.1:pNKGFP was confirmed by fluorescence microscopy, re-isolation and quantitative PCR (qPCR), suggesting that 33.1 should be used in association with other crops. 33.1 was genetically modified to produce the Cry protein. The partial biocontrol of Diatraea saccharalis, the sugarcane borer, by the endophytic strain expressing heterologously the cry1a7c gene, was confirmed in bioassays using artificial diet and sugarcane stalks. Several antibiotics and siderophores produced by P. fluorescens Pf-5 were tested against Fusarium spp.; including isolates of F. verticillioides responsible for the sugarcane Pokkah boeng disease. By deriving site-directed mutants of Pf-5, with single and multiple mutations, in the bio-synthetic gene clusters of the antifungal compounds, it was proved that 2,4-diacetyl-phoroglucinol and rhizoxin are the major compounds responsible for the Fusarium spp. suppression. The fusaric acid effects on Pf-5 antibiotic production was proved by HPLC and RT-qPCR.

Muitos fatores, como variações sazonais, tipos de tecido vegetal, cultivares e espécies de hospedeiro, tipo de solo, interação com microrganismos benéficos ou patógenos entre outros, afetam a estrutura e a composição da comunidade bacteriana das plantas. A introdução de plantas geneticamente modificadas (PGM) foi somada ao conjunto desses fatores, podendo acarretar efeitos diretos e indiretos sobre a comunidade bacteriana. Cana-de-açúcar é uma cultura de grande importância no Brasil; a área de cultivo está em expansão devido aos incentivos para a produção de álcool. Uma bactéria potencialmente importante para a cultura de cana-de-açúcar é a Methylobacterium, um importante endófito de diversas culturas de interesse econômico e que, em cana-de-açúcar, pode melhorar a germinação de sementes, promover um aumento do peso da planta e da área foliar, além do número de internódios. Dessa forma, o trabalho teve como objetivos: i) avaliar os efeitos da canade- açúcar transgênica resistente a insetos e a herbicida sobre a comunidade bacteriana associada; ii) avaliar se o suposto efeito causado pela cana-de-açúcar transgênica resistente a herbicida deriva diretamente do transgene ou dos tratos culturais diferenciados aos quais a planta transgênica é submetida; iii) avaliar a interação entre Methylobacterium spp. e cana-de-açúcar. Analisando a densidade bacteriana das plantas de cana-de-açúcar convencionais e transgênicas não foi possível constatar diferenças relacionadas à introdução dessas plantas. Analisando somente quanto ao manejo de ambos os experimentos, foi possível observar que diferenças em trato cultural ou manejo de plantas, decorrentes ou não da transgenia, podem influenciar a comunidade bacteriana. Por meio de ARDRA, foi possível observar distribuição diferenciada dos ribotipos com a introdução das PGMs. No experimento realizado somente com plantas transgênicas para resistência a Imazapyr, foi possível notar que, em 17 meses, a presença da planta transgênica e a aplicação do herbicida Imazapyr podem ter resultado na redução da densidade bacteriana associada à rizosfera de cana-de-açúcar. Por meio de DGGE, foi visto que o estado fisiológico da planta foi a maior fonte de variação. Novamente por meio de ARDRA, foram observados ribotipos cuja presença foi afetada pelo cultivo da planta transgênica. Esses ribotipos diferentemente distribuídos poderiam resultar em alterações na atividade bacteriana dessas plantas, uma vez que esses ribotipos podem representar grupos funcionais importantes. A colonização de Methylobacterium spp. em cana-de-açúcar foi analisada por meio de microscopia eletrônica de varredura, reisolamento e microscopia óptica de fluorescência. Foi visto que as linhagens utilizadas colonizam cana-de-açúcar, sendo que os pontos de maior colonização são os flanges cuticulares e as regiões pilosas da raiz. Outros estudos são necessários para o melhor aproveitamento dessa bactéria na cultura de cana-de-açúcar. / Many factors, such as seasonal variations, kinds of vegetal tissue, cultivares and host species, kind of soil, interaction with beneficial or pathogen microorganisms, among others, affect the structure and composition of plants bacterial community. The introduction of genetically modified plants (GMP) was added to the set of these factors, making it possible to cause direct and indirect effects on the bacterial community. Sugarcane is a very important crop in Brazil; the cultivation area is expanding due to incentives to alcohol production. A potentially important bacterium for sugar cane cultivation is the Methylobacterium, which is an important endophyte for several cultures of economic interest and which can improve seed germination in sugar cane, promote an increase of plant weight and foliar area, and also the internodes. Thus, the work had as objectives: i) to assess the effects of transgenic sugarcane resistant to insects and herbicide on the associated bacterial community; ii) to assess if the presumed effect caused by transgenic sugarcane resistant to herbicides derives directly from the transgene or differentiated cultural handlings to which the genetically modified plant is undertaken; iii) to assess the interaction between Methylobacterium ssp. and sugarcane. Analyzing the bacterial density of conventional and transgenic sugarcane plants it was not possible to see differences related to the introduction of these plants. Analyzing only in relation to the handling of both experiments, it was possible to see that differences in cultural wielding or handling of plants derived or not from transgenia can influence the bacterial community. By means of ARDRA, it was possible to see a differentiated distribution of ribotypes with the introduction of GMPs. In the experiment made only with transgenic plants for Imazapyr resistance, it was possible to see that in 17 months, the presence of the transgenic plant and the application of Imazapyr herbicide can bring result regarding the bacterial density reduction associated to sugarcane rizosphere. By means of DGGE, it was seen that the physiological status of the plant was the greatest variation source. Again, by means of ARDRA, ribotypes whose presence was affected by transgenic plant cultivation were observed. If distributed differently, these ribotypes can represent important functional groups. The Methylobacterium ssp. Colonization in sugarcane was analyzed and by means of scanning electronic microscopy, re-isolation, and fluorescence optical microscopy. It was observed that the utilized lineages colonize sugarcane being cuticle flange and perilous regions of root the highest colonization points. Other studies are needed to a better good use of this bacterium in sugarcane culture.

A diversidade da comunidade endofítica de fungos associada à cana-de-açúcar transgênica tolerante a imazapyr e suas linhas de cultivo não transgênicas foi avaliada por isolamento e ARDRA (Amplified rDNA Restriction Analysis). Cultivares transgênicos e não-transgênicos, e seu manejo (aplicação do herbicida ou remoção manual de daninhas), foram considerados para verificar o possível efeito indireto da cana-deaçúcar geneticamente modificada (GM) sobre a comunidade de fungos endofíticos. O total de quatorze haplótipos de ARDRA foram observados na comunidade endofítica de cana-de-açúcar. O seqüenciamento da região ITS1-5.8S-ITS2 revelou uma comunidade rica representada por doze famílias diferentes do filo Ascomicota. Alguns dos isolados demonstraram alta similaridade com gêneros que ocorrem comumente como endófitos em plantas de clima tropical, como Cladosporium, Eppicoccum, Fusarium, Guignardia, Pestalotiopsis e Xylaria. A análise de variância molecular (AMOVA) indicou que as flutuações observadas na composição dos haplótipos estão relacionadas tanto ao cultivar transgênico quanto a aplicação do herbicida. Enquanto a aplicação do herbicida induziu mudanças rápidas e transientes na comunidade de fungos, as plantas transgênicas induziram mudanças mais lentas que foram mantidas ao longo do tempo. Uma abordagem independente de cultivo baseada em bibliotecas de 18S ambiental revelou a presença de clones com seqüências similares a gêneros das famílias Ustilaginaceae e Filobasidiaceae, e das ordens Sporidiobolales e Tremellales, todos do filo Basidiomicota. Os resultados aqui demonstrados representam o primeiro relato sobre a composição de fungos endofíticos associados a plantas de cana-de-açúcar e também representam um passo importante para o entendimento dos efeitos que plantas transgênicas e seu manejo podem induzir sobre a comunidade de fungos endofíticos. / The diversity of fungal endophytic community associated with transgenic imazapyr-tolerant sugarcane plants and its non-transgenic lines was evaluated by isolation and ARDRA (Amplified rDNA Restriction Analysis). Transgenic and nontransgenic cultivars and their crop management (herbicide application or manual weed control) were considered in order to assess the possible non-target effects of genetically modified (GM) sugarcane on the fungal endophytic community. A total of fourteen ARDRA haplotypes were observed in the endophytic community of sugarcane. ITS1- 5.8S-ITS2 sequencing revealed a rich community represented by twelve different families from the Ascomycota phylum. Some of the isolates showed a high sequence similarity with genera that commonly occur as endophytes in plants from tropical climates, such as Cladosporium, Eppicoccum, Fusarium, Guignardia, Pestalotiopsis and Xylaria. Analysis of Molecular Variance (AMOVA) indicated that fluctuations observed in haplotypes composition were related to both transgenic cultivar and herbicide application. While herbicide applications induced quickly transient changes in the fungal community, transgenic plants induced slower changes that were maintained over time. A cultivation-independent approach based on libraries of environmental 18S revealed the presence of clones with high sequence similarity with genera from Ustilaginaceae and Filobasidiaceae families and Sporidiobolales and Tremellales orders, all from Basidiomycota phylum. The results demonstrated here represent the first draft on the composition of fungal endophytes associated with sugarcane plants and also represent an important step to understand the effects that transgenic plants and their crop management may induce on fungal endophytic community.

Endophytic microorganisms were screened for hemicellulases production using plate assays and liquid cultivations. Two strains were selected and used in further studies. Aspergillus niger DR02 strain and Annulohypoxylon stigyum DR47. In A.niger fed-batch submerged cultivation approaches were developed using liquor from hydrothermal sugar cane pretreatment, and maximum xylanase activities obtained were 458.1 U/mL for constant fed-batch mode. For A. stygium DR47 media optimization and bioreactor cultivation using citrus bagasse and soybean bran were explored and revealed a maximum production of 6.26 U/mL of pectinase and 10.13 U/mL of β-glucosidase. Improved hemicellulase production was also done by genetic modifications at carbon catabolic repression levels in A. niger. Mass spectrometric studies were done in enzymatic extracts produced and contributed to understand the enzymatic supplementation of Celluclast 1.5L.In addition the extracts produced were tested for an enzyme formulation and that was able to increase sugar cane bagasse hydrolysis. / Microrganismos endofíticos foram selecionados para a produção de hemicelulases através de testes em placa e de cultivo líquido. Duas linhagens foram selecionadas para posteriores cultivos, Aspergillus niger DR02 e Annulohypoxylon stigyum DR47. Para o fungo A.niger batelada alimentada em cultivo submerso com licor do tratamento hidrotérmico do bagaço de cana de açúcar permitiram obtenção de máxima atividade de xilanase de 458,1 U/mL. Para a linhagem A. stygium DR47 otimização do cultivo utilizando bagaço cítrico e farelo de soja foram explorados e revelaram produção de 6,26 U/mL de pectinase e 10,13 U/mL de β-glucosidase. Melhoramento da produção de hemicelulase foi realizado com modificações genéticas ao nível de repressão catabólica de carbono em A. niger. Estudos de espectrometria de massas foram realizados nos extratos enzimáticos produzidos e contribuíram para entender a suplementação da Celluclast 1.5L. Além disso, os extratos produzidos foram testados para uma formulação que foi capaz de aumentar a hidrólise do bagaço de cana de açúcar.

A diversidade da comunidade endofítica de fungos associada à cana-de-açúcar transgênica tolerante a imazapyr e suas linhas de cultivo não transgênicas foi avaliada por isolamento e ARDRA (Amplified rDNA Restriction Analysis). Cultivares transgênicos e não-transgênicos, e seu manejo (aplicação do herbicida ou remoção manual de daninhas), foram considerados para verificar o possível efeito indireto da cana-deaçúcar geneticamente modificada (GM) sobre a comunidade de fungos endofíticos. O total de quatorze haplótipos de ARDRA foram observados na comunidade endofítica de cana-de-açúcar. O seqüenciamento da região ITS1-5.8S-ITS2 revelou uma comunidade rica representada por doze famílias diferentes do filo Ascomicota. Alguns dos isolados demonstraram alta similaridade com gêneros que ocorrem comumente como endófitos em plantas de clima tropical, como Cladosporium, Eppicoccum, Fusarium, Guignardia, Pestalotiopsis e Xylaria. A análise de variância molecular (AMOVA) indicou que as flutuações observadas na composição dos haplótipos estão relacionadas tanto ao cultivar transgênico quanto a aplicação do herbicida. Enquanto a aplicação do herbicida induziu mudanças rápidas e transientes na comunidade de fungos, as plantas transgênicas induziram mudanças mais lentas que foram mantidas ao longo do tempo. Uma abordagem independente de cultivo baseada em bibliotecas de 18S ambiental revelou a presença de clones com seqüências similares a gêneros das famílias Ustilaginaceae e Filobasidiaceae, e das ordens Sporidiobolales e Tremellales, todos do filo Basidiomicota. Os resultados aqui demonstrados representam o primeiro relato sobre a composição de fungos endofíticos associados a plantas de cana-de-açúcar e também representam um passo importante para o entendimento dos efeitos que plantas transgênicas e seu manejo podem induzir sobre a comunidade de fungos endofíticos. / The diversity of fungal endophytic community associated with transgenic imazapyr-tolerant sugarcane plants and its non-transgenic lines was evaluated by isolation and ARDRA (Amplified rDNA Restriction Analysis). Transgenic and nontransgenic cultivars and their crop management (herbicide application or manual weed control) were considered in order to assess the possible non-target effects of genetically modified (GM) sugarcane on the fungal endophytic community. A total of fourteen ARDRA haplotypes were observed in the endophytic community of sugarcane. ITS1- 5.8S-ITS2 sequencing revealed a rich community represented by twelve different families from the Ascomycota phylum. Some of the isolates showed a high sequence similarity with genera that commonly occur as endophytes in plants from tropical climates, such as Cladosporium, Eppicoccum, Fusarium, Guignardia, Pestalotiopsis and Xylaria. Analysis of Molecular Variance (AMOVA) indicated that fluctuations observed in haplotypes composition were related to both transgenic cultivar and herbicide application. While herbicide applications induced quickly transient changes in the fungal community, transgenic plants induced slower changes that were maintained over time. A cultivation-independent approach based on libraries of environmental 18S revealed the presence of clones with high sequence similarity with genera from Ustilaginaceae and Filobasidiaceae families and Sporidiobolales and Tremellales orders, all from Basidiomycota phylum. The results demonstrated here represent the first draft on the composition of fungal endophytes associated with sugarcane plants and also represent an important step to understand the effects that transgenic plants and their crop management may induce on fungal endophytic community.

Orientador: Angela Regina Araujo / Resumo: Os fungos endofíticos, representam uma fonte promissora na descoberta de produtos naturais. Estes endófitos têm se revelado pela alta capacidade na produção de diversas classes de metabólitos secundários com uma ampla variedade de atividades biológicas, tais como: antimicrobiana, citotóxica, antioxidante, ansiolítica e inseticida. Estas observações motivaram o desenvolvimento do presente estudo, o qual visou a prospecção química e biológica dos fungos endofíticos associados à Platonia insignis Mart. O isolamento dos fungos endofíticos resultou em dezoito linhagens puras, sendo estes cultivados em meio líquido de MDB, para obtenção dos respectivos extratos brutos. Estes foram avaliados quanto ao perfil químico e biológico, os quais demonstram ser promissores para produção de substâncias bioativas. A prospecção inicial conduziu a seleção de dois fungos endofíticos, identificados como Diaporthe hongkongensis e Phyllosticta elongata para desenvolvimento do trabalho. Duas abordagens foram aplicadas a fim de verificar a influência da composição nutricional frente a produção metabólica de D. hongkongensis e P. elongata: cultivo em meio de MDB e cultivo em meio sólido de milho. O estudo de D. hongkongensis, cultivado em MDB, resultou no isolamento de uma dicetopiperazina, ariletilamida, acetiltriptamina e o acetato de metila-[2-oxo-2-(feniletilamino)], sendo o primeiro relato de isolamento deste composto como produto natural. Do cultivo deste endófito, em meio de milho, foram isolado... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Endophytic fungi represent a promising source for the discovery of natural products. These endophytes have been shown to be highly capable of producing various classes of secondary metabolites with a wide variety of biological activities such as antimicrobial, cytotoxic, antioxidant, anxiolytic and insecticide. These observations motivated the development of the present study, which aimed at the chemical and biological prospecting of endophytic fungi associated with Platonia insignis Mart. The isolation of endophytic fungi resulted in eighteen pure strains, which were cultivated in liquid medium of PDB, to obtain the respective crude extracts. These extracts were evaluated for chemical and biological profile, which show promise for bioactive substances production. The initial prospecting led to the selection of two endophytic fungi, identified as Diaporthe hongkongensis and Phyllosticta elongata to develop the work. Two approaches were applied to verify the influence of nutritional composition on the metabolic production of D. hongkongensis and P. elongata: cultivation in PDB medium and cultivation in solid corn medium. The study of D. hongkongensis grown in PDB resulted in the isolation of a diketopiperazine, arylethylamide, acetyltryptamine and methyl [2-oxo-2- (phenylethylamino)] acetate, being the first report of isolation of this compound as a natural product. From the cultivation of this endophyte in corn medium, alternariol, a fatty acid ester and four steroids, which ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Lourdes Campaner dos Santos / Resumo: Os microrganismos são considerados uma fonte promissora de substâncias com potencial biológico e de alta capacidade biossintética para produção de novas substâncias com aplicação em diversas áreas tais como agricultura, medicina e alimentos. Os fungos endofíticos colonizam o interior das plantas e tem demonstrado grande importânica na produção de metabólitos secundários bioativos. Dessa forma, este trabalho foi idealizado objetivando a bioprospecção dos extratos produzidos por fungos endofíticos associados à Paepalanthus planifolius, espécie vegetal do Cerrado, e a avaliação epigenética em Aspergillus terreus, isolado de espécie vegetal do Deserto de Sonora, na obtenção de novas substâncias. Os fungos endofíticos isolados de P. planifolius (15 linhagens) foram cultivados em escala reduzida em meio líquido de batata e dextrose (PDB), a 25 oC, sob modo estático para obtenção dos respectivos extratos brutos em AcOEt. A avaliação das atividades antimicrobiana e citotóxica foram realizadas, sendo que a bioprospecção inicial conduziu a seleção de dois fungos endofíticos identificados como Paraphaeosphaeria sporulosa e Cochliobolus eragrostidis. Estes, foram cultivados em diferentes meios líquidos e sólidos (escala reduzida) para novamente avaliar a atividade biológica dos extratos e selecionar os mais promissores para isolamento e determinação/elucidação estrutural dos metabólitos secundários em escala ampliada. Do cultivo de P. sporulosa no meio sólido de arroz foram isoladas seis... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Microorganisms are considered a promising source of substances with biological potential and high biosynthetic capacity to produce new substances with application in various areas such as agriculture, medicine and food. Endophytic fungi colonize the interior of plants and have shown great importance in the production of bioactive secondary metabolites. Thus, this work was conceived aiming the bioprospection of extracts produced from endophytic fungi associated with Paepalanthus planifolius, a Cerrado plant species, and the epigenetic evaluation in Aspergillus terreus, isolated from Sonora Desert plant species, to obtain new substances. The isolated endophytic fungi of P. planifolius (15 strains) were cultivated in small scale in potato and dextrose liquid medium (PDB) at 25 oC, under static mode to obtain the respective EtOAc crude extracts. Antimicrobial and cytotoxic activities were evaluated and the initial bioprospection led to the selection of two endophytic fungi identified as Paraphaeosphaeria sporulosa and Cochliobolus eragrostidis. These were cultivated in different liquid and solid media (reduced scale) to again evaluate the biological activity of the extracts and select the most promising ones for isolation and structural determination/elucidation of the secondary metabolites on larger scale. From the cultivation of P. sporulosa in the solid medium of rice, six new substances, sporulosaldeins A-F (1-6) were isolated, with good antifungal activity (MIC <100 µg/mL) a... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A interação entre bactérias e plantas resulta na ocorrência de vários processos biológicos no ambiente e pode ser regulada por diferentes fatores. Considerando que um recíproco reconhecimento ocorre entre as espécies de bactérias e plantas, alterações nos fatores bióticos e abióticos interferem diretamente nesta interação levando a modificações na composição das comunidades bacterianas associadas às plantas. No presente trabalho foram avaliados diferentes fatores que estão diretamente relacionados a este assunto. Atualmente, a aplicação de técnicas de microbiologia molecular permite acessar alterações causadas nestas comunidades de maneira independente do cultivo bacteriano. Desta maneira, foi demonstrado que na rizosfera de plantas de tabaco, os diferentes estágios de desenvolvimento são os principais determinantes da composição da comunidade bacteriana em detrimento do genótipo das plantas, sejam estas transgênicas ou convencionais. Utilizando plantas transgênicas e convencionais de eucalipto de diferentes genótipos, foi verificado que diferentes plantas não transgênicas podem apresentar comunidades bacterianas mais distintas do que quando os clones não transgênicos são comparados com os transgênicos. No entanto, efeitos específicos podem ocorrer na interação bactéria-planta, como o observado pela inibição da população de Methylobacterium spp. em plantas transgênicas de eucalipto TR-15. Avaliando o efeito da inoculação de bactérias endofíticas na composição de comunidades bacterianas associadas à plantas de batata de diferentes cultivares, os resultados mostram que a inoculação de Pseudomonas putida altera a comunidade bacteriana de maneira similar a alteração da variedade da planta. Os demais isolados avaliados, classificados como Paenibacillus sp. e M. mesophilicum, causam menores alterações na composição das comunidades bacterianas. Adicionalmente foi demonstrado que a colonização das plantas de batata pelo endófito P. putida resulta em pequena alteração no perfil metabólico da planta hospedeira. Por fim, buscando melhores métodos de isolamento da comunidade bacteriana da rizosfera de batata, os resultados mostraram que a mimetização do ambiente pode resultar em melhor acesso da diversidade bacteriana por meio de isolamento e cultivo das espécies componentes desta comunidade. / The plant-bacteria interactions result in the occurrence of biological process in the environment and might be regulated by different factors. Considering that a reciprocal recognition occur amongst bacteria and plants species, shifts in biotic and abiotic factors interfere directly on these interactions, leading to modifications in the composition of bacterial communities to plants associated. In the present work different factors related to this subject were evaluated. Nowadays, the applications of techniques of molecular microbiology allow assessing the shifts caused on these communities by a culture independent approach. On this way, it was demonstrated that in rhizosphere of tobacco plants, different stages of plants development are main determinants of bacterial community composition rather than the plants genotypes, transgenic or not. Using plants transgenic or not, carrying different genotypes, it was verified that different non-transgenic plants could harbor bacterial communities more distinct than those observed in association with transgenic plants. However, specific effects could be observed like the inhibition of Methylobacterium spp. population in eucalyptus transgenic plants TR-15. Considering the effect of endophytic bacteria inoculation in the composition of bacterial communities associated to different cultivars of potato plants, the results show that inoculation of Pseudomonas putida causes similar shifts in the bacterial community similarly to those observed when different cultivars are considered. Other evaluated strains, classified as Paenibacillus sp. and M. mesophilicum, caused minor alterations in the composition of bacterial communities. In addition, it was demonstrated that plant colonization by endophytic P. putida results in small effects on the metabolic profile of host plant. At least, aiming better methodologies for bacteria isolation from potato rhizosphere, the results show that mimicking the natural environment could result in a better assessment of bacterial diversity by isolation of species present in this community.

Os fungos endofíticos têm sido reconhecidos pela sua grande importância para as plantas hospedeiras, pois podem conferir proteção contra insetos herbívoros e patógenos, promover o crescimento vegetal, além de produzir metabólitos secundários com atividades biológicas diversas, entre outros. A cana-de-açúcar é uma cultura de grande importância social e econômica no Brasil, especialmente para o estado de São Paulo. Ultimamente esta cultura vem recebendo especial atenção devido ao crescente aumento da demanda de matéria prima, principalmente em função do acréscimo no consumo de etanol como biocombustível. Fungos do gênero Penicillium habitam os tecidos e a rizosfera de cana-de-açúcar, onde podem estabelecer associações mutualísticas com a planta e conferir diversos benefícios. Dentro deste contexto, estudos que avaliem a interação de Penicillium spp. com cana-de-açúcar são bastante promissores para geração de conhecimentos que auxiliem na otimização da agricultura. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivos a avaliação do potencial biotecnológico dos endofíticos de raiz e da rizosfera, do gênero Penicillium, pertencentes à comunidade fúngica de cana-de-açúcar, por meio de ensaios de antagonismo, produção de enzimas, solubilização de fosfato inorgânico e produção de ácido indol acético; assim como o estudo da interação de um isolado de P. pinophilum com cana-de-açúcar a partir do desenvolvimento de um sistema de transformação genética mediada pela bactéria Agrobacterium tumefaciens. Tanto a análise da atividade antimicrobiana como a produção de metabólitos apresentaram extensa variação fisiológica entre os isolados avaliados. Um isolado da espécie P. pinophilum (linhagem 44) foi escolhido para ser usado na transformação genética por mostrar-se superior estatisticamente em relação aos demais isolados nos ensaios anteriores. Para aumento da eficiência deste sistema de transformação foram avaliados diferentes parâmetros, dentre eles: tempo de co-cultivo (24 e 48 horas), concentração do indutor acetoseringona (200 M e 400 M) e tipos de membrana (papel filtro e náilon). O sistema de agrotransformação apresentou alta eficiência (482 transformantes por 107 conídios), gerando uma elevada quantidade de transformantes resistentes à higromicina B e expressando GFP. Dentre os parâmetros avaliados, a combinação que deu origem aos melhores resultados de transformação envolveu o co-cultivo por 48 horas sobre membrana de náilon, em meio de cultura contendo 200 M de acetoseringona. A interação fungo-planta foi avaliada a partir da inoculação de P. pinophilum linhagem selvagem e transformantes, em plântulas de cana-de-açúcar, seguida da análise por microscopia óptica de epifluorescência e reisolamento. Os resultados revelaram a natureza não patogênica desse fungo, uma vez que ele foi capaz de colonizar endofiticamente cana-de-açúcar e persistir nas raízes desta planta, sem levar ao desenvolvimento de qualquer sintoma de doença. Além disso, os ensaios de agrotransformação deram origem a uma biblioteca com mil e cem transformantes insercionais, o que constitui uma ferramenta importante para o estudo molecular do metabolismo secundário desse fungo endofítico e poderá contribuir para o entendimento da interação do complexo fungo-cana-de-açúcar, possibilitando no futuro a sua aplicação no melhoramento vegetal e exploração do seu potencial biotecnológico. / Endophytic fungi have been recognized for its great importance for the host plants, they may provide protection against herbivores and pathogens, promote plant growth, and produce secondary metabolites with biological activity, among other benefits. Sugarcane is a socially and economically important crop in Brazil, especially for the state of São Paulo. Lately, this culture has received special attention due to the growing demand for raw materials, mainly due to the increase in consumption of ethanol as a biofuel. Fungi Penicillium inhabit the tissues and rhizosphere of sugarcane, where they can establish mutualistic associations with the plant and provide several benefits. Within this context, studies evaluating the interaction of Penicillium spp. with sugar cane are very promising to generate knowledge in order to assist in the agriculture optimization. Thus, this study aimed to evaluate the biotechnological potential of endophytic Penicillium from root and rhizosphere, belonging to the fungal community of sugarcane, through tests of antagonism, enzyme production, solubilization of inorganic phosphate and indole acetic acid production, as well as studying the interaction of an isolate of P. pinophilum with sugarcane using the development of a system for genetic transformation mediated by Agrobacterium tumefaciens. Both the analysis of antimicrobial activity and the production of metabolites showed extensive physiological variation among isolates. An isolate of the species P. pinophilum (strain 44) was chosen to be used in genetic transformation for being statistically superior than the other strains in previous trials. Different parameters were evaluated to increase the efficiency of this transformation system, among them: co-culture time (24 and 48 hours), concentration of the inducer acetosyringone (200 µM and 400 µM) and types of membrane (filter paper and nylon). Agrotransformation system showed high efficiency, generating a high amount of hygromycin B resistant transformants that expressed GFP. Among the factors evaluated, the combination that showed the best results involved the transformation with a co-cultivation for 48 hours on a nylon membrane, in culture medium containing 200 µM of acetosyringone. The plant-fungus interaction was assessed from the inoculation of wild type and transformants P. pinophilum in seedlings of sugarcane followed by analysis by epifluorescence microscopy and reisolation. Results revealed the non-pathogenic nature of this fungus, since it was capable of endophytically colonize sugarcane and persisted in the roots of this plant, without developing any symptoms of illness. In addition, agrotransformation tests gave rise to a library with a thousand and one hundred insertional transformants, which is an important tool for molecular study of secondary metabolism of endophytic fungus, and may contribute to the comprehension of the complex interaction of fungus-sugarcane, allowing its future application in plant breeding and exploitation of their biotechnological potential.