DNA similarity studies were used to determine the species of thirty-one strains of bacteria isolated from the hemolymph of infected larvae from Mexico and throughout Central and South America. Twenty-one of the strains were determined to be <I>Paenibacillus popilliae</I> and ten were found to be more closely related to <I>Paenibacillus lentimorbus</I>. Only one of the <I>P. popilliae</I> strains, an isolate from Mexico, was resistant to the antibiotic vancomycin, a trait characteristic of <I>P. popilliae</I> strains from other geographic areas. As expected, all <I>P. lentimorbus</I> strains were sensitive to vancomycin. The polymerase chain reaction (PCR) was used to amplify a portion of a ligase gene necessary for vancomycin resistance in the Mexican strain. Sequencing of the amplicon revealed a sequence identical to that obtained from a North American strain of <I>P. popilliae</I> previously described. The ability of <I>P. popilliae</I> and the inability of <I>P. lentimorbus</I> to grow on medium supplemented with 2% sodium chloride has been used as a phenotypic trait for differentiating between the two species. Approximately 86% of the <I>P. popilliae</I> strains were capable of growth on medium supplemented with 2% sodium chloride and 60% of the <I>P. lentimorbus</I> strains were not capable of growth on this medium. Microscopic examination revealed that all of the Mexican and Central and South American strains of <I>P. popilliae</I> and <I>P. lentimorbus</I> produced a parasporal body. PCR was used to amplify two different regions of the <I>cry18Aa1</I> gene encoding the paraspore in all of the isolates. One primer pair, CryBP2, detected the <I>cry18Aa1</I> gene in 17 of the 21 <I>P. popilliae</I> strains and in all ten of the <I>P. lentimorbus</I> strains. The second primer pair, CryBP4, detected the parasporal gene in 20 of the 21 <I>P. popilliae</I> strains and in all ten of the <I>P. lentimorbus</I> strains. Thirty of the thirty-one <I>P. popilliae</I> and <I>P. lentimorbus</I> strains produced amplicons of approximately 616 bp with the CryBP4 primers. The CryBP4 primers did not detect the paraspore gene in one of the <I>P. popilliae</I> strains. The CryBP2 primer pair produced amplicons of three different sizes, indicating possible variability in the parasporal proteins of <I>P. popilliae</I> and <I>P. lentimorbus</I>. Eleven of the <I>P. popilliae</I> strains produced CryBP2 amplicons approximately 660 bp in size and six of the <I>P. popilliae</I> strains produced CryBP2 amplicons approximately 1100 bp in size. The <I>cry</I> gene was not detected in four of the <I>P. popilliae</I> strains with the CryBP2 primers. The <I>P. lentimorbus</I> strains produced CryBP2 amplicons approximately 750 bp in size. Three PCR products representing the variable CryBP2 amplicon sizes were sequenced and compared to the published <I>cry18Aa1</I> gene sequence. Sequencing data revealed that the Central and South American CryBP2 amplicons are similar to the published <I>cry18Aa1</I> sequence, however, the 1100 bp amplicon has a 453 bp insert that is not found in the published <I>cry18Aa1</I> gene sequence. Paraspores are produced by <I>P. popilliae</I> and <I>P. lentimorbus</I> and is not a reliable phenotypic trait for differentiation between the two species. The ability of Mexican and Central and South American strains of <I>P. lentimorbus</I> to produce paraspores supports the previous findings of a North American group of <I>P. lentimorbus</I> strains that were also capable of producing paraspores. Except for one Mexican strain of <I>P. popilliae</I>, the Central and South American strains of <I>P. popilliae</I> are sensitive to vancomycin. This was unexpected since all North American strains of <I>P. popilliae</I> are vancomycin resistant. Vancomycin resistance could be useful in identifying strains of <I>P. popilliae</I> from North America but not for identifying strains of <I>P. popilliae</I> from Central and South America. So far, no vancomycin resistant strains of <I>P. lentimorbus</I> have been identified. There was variability in the ability of these organisms to grow on medium supplemented with 2% sodium chloride so the usefulness of this trait is debatable. However, the majority of <I>P. popilliae</I> strains from Mexico and Central and South America will grow on medium supplemented with 2% sodium chloride and the majority of the <I>P. lentimorbus</I> strains from these same areas will not grow on this medium. North American strains of <I>P. popilliae</I> and <I>P. lentimorbus</I> also showed variability of growth on medium supplemented with 2% sodium chloride. / Master of Science

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaGBP.pdf: 1032728 bytes, checksum: 535260d4afcd2c2deeacab5b5006e73c (MD5) Previous issue date: 2008-10-16 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The obtaining of the oligosaccharides from chitosanase, has showed interest of the pharmaceutical area in the last years due their countless functional properties. Although, the great challenge founded out is how to keep a constant and efficient production. The alternative proposed by this present work was to study the viability to develop an integrated technology, with reduced costs. The strategy used was the obtaining of the oligomers through enzymatic hydrolysis using chitosanolitic enzymes obtained straight from the fermented broth, eliminating this way the phases involved in the enzymes purification. The two chitosanases producing strains chosen for the work, Paenibacillus chitinolyticus and Paenibacillus ehimensis, were evaluated according to the behavior in the culture medium with simple sugar and in relation to the pH medium variations. The culture medium for the chitosanases induction and production was developed through addition of soluble chitosan as carbon source. The soluble chitosan was obtained using hydrochloric acid solution 0.1 M and afterwards neutralization with NaOH 10 M. The enzymatic complexes were obtained from induction process in culture medium with 0.2% of soluble chitosan. The enzymes production was verified soon after the consumption of the simple sugars by the microorganisms and the maximum chitosanolitic activity obtained in the fermented broth by Paenibacillus chitinolyticus was 249 U.L-1 and by Paenibacillus ehimensis was 495U.L-1. These two enzymatic complexes showed stability when stored at 20?C for about 91 days. The enzymes in the fermented broth by Paenibacillus chitinolyticus, when exposed at temperature of 55?C and pH 6.0, where the activity is maximum, showed 50% lost of activity after 3 hours Meanwhile, for the complex produced by Paenibacillus ehimensis, after 6 days of exposure, it was detected 100% of the activity. The chito-oligosaccharides obtained by the hydrolysis of a 1% chitosan solution, using the enzymatic complex produced by Paenibacillus chitinolyticus showed larger quantity after 9 hours hydrolysis and using the complex produced by Paenibacillus ehimensis after 20 minutes was observed the chito-ligosacharides with polymerization degree between 3 and 6 units. Evaluating these results, it was verified that the production of chitosan-oligosaccharides is possible, using a simultaneous process / A obten??o de oligossacar?deos, a partir da quitosana, tem despertado interesse da ?rea farmac?utica nos ?ltimos anos devido as suas in?meras propriedades funcionais. Por?m, o grande desafio encontrado ? manter uma produ??o constante e eficiente. A alternativa proposta por este trabalho foi estudar a viabilidade de desenvolver uma tecnologia integrada e de baixo custo. A estrat?gia utilizada foi a obten??o dos olig?meros por meio de hidr?lise enzim?tica utilizando enzimas quitosanol?ticas obtidas diretamente do caldo fermentado, eliminando dessa forma as etapas envolvidas na purifica??o de enzimas. As duas cepas produtoras de quitosanases selecionadas para o trabalho, Paenibacillus chitinolyticus e Paenibacillus ehimensis, foram avaliadas quanto ao comportamento em meio de cultivo contendo a??cares simples e em rela??o as varia??es de pH do meio. O meio de cultivo para a indu??o e produ??o das quitosanases foi desenvolvido atrav?s da adi??o de quitosana sol?vel como fonte de carbono. A quitosana sol?vel foi obtida utilizando solu??o de ?cido clor?drico 0,1 M e posterior neutraliza??o com NaOH 10 M. Os complexos enzim?ticos foram obtidos a partir de processos de indu??o em meio de cultivo contendo 0,2% de quitosana sol?vel. A produ??o das enzimas foi observado logo ap?s o t?rmino do consumo dos a??cares simples pelos microrganismos e a m?xima atividade quitosanol?tica obtida no caldo fermentado pelo Paenibacillus chitinolyticus foi de 249 U.L-1 e pelo Paenibacillus ehimensis foi de 495 U.L-1. Esses dois complexos enzim?ticos apresentaram estabilidade quando armazenadas a -20?C por at? 91 dias. As enzimas presentes no caldo fermentado pelo Paenibacillus chitinolyticus, quando expostas ? temperatura de 55?C e pH 6,0, onde a atividade ? m?xima, apresentaram perda de 50% da atividade ap?s 3 horas. Enquanto que, para o complexo produzido pelo Paenibacillus ehimensis, ap?s 6 dias de exposi??o, 100% da atividade foi detectada. Os quito-oligossacar?deos obtidos a partir da hidr?lise de uma solu??o de 1% de quitosana, utilizando o complexo enzim?tico produzido pelo Paenibacillus chitinolyticus, apresentaram-se em maior quantidade ap?s 9 horas de hidr?lise e utilizando o complexo produzido pelo Paenibacillus ehimensis, ap?s 20 minutos pode-se observar os quito-oligossacar?deos com grau de polimeriza??o entre 3 e 6 unidades. Avaliando esses resultados, foi verificado que ? poss?vel a produ??o de quito-oligossacar?deos utilizando um processo simult?neo

Para as bactérias, ass1m como a ma1ona dos organismos v1vos, o ferro é um elemento essencial em muitos processos celulares. Embora o ferro seja abundante na crosta terrestre, ele não está prontamente disponível para os organismos. Para garantir a demanda e evitar a toxidez, os organismos desenvolveram vários mecanismos fisiológicos para lidar com mudanças na disponibilidade de ferro. Essa regulação fisiológica refinada é alcançada, principalmente, por mudanças na expressão de genes relacionados ao transporte e metabolismo do ferro. Apesar da sua importância, o metabolismo do ferro ainda é pouco compreendido em bactérias, especialmente em bactérias Gram-positivas. O gênero Paenibacillus contém mais de 30 espécies anaeróbicas facultativas, formadoras de endósporos, neutrofílicas, periflageladas heterotróficas, com baixo teor de C+G e Gram-positivas. A linhagem SBR5 de P. riograndensis foi isolada da rizosfera de Triticum aestivum (trigo), cultivado no Rio Grande do Sul, Brasil. Fixa nitrogênio e produz ácido-3- indol-acético, duas características importantes para bactérias promotoras do crescimento vegetal. Neste trabalho, culturas de P. riograndensis foram submetidas a condições de suficiência e deficiência de ferro. Surpreendentemente, P. riograndensis mostrou-se muito resistente à deficiência de ferro. O sequenciamento de RNA (RNA-seq) foi a metodologia utilizada para elucidar os mecanismos globais envolvidos na resistência de SBR5 à deficiência de ferro. Por esse método observou-se que a deficiência de ferro causou diversas mudanças na expressão gênica. Dos 150 genes diferencialmente expressos, 71tiveram a sua expressão induzida e 79 foram reprimidos. Oito genes cuja expressão foi pelo menos duas vezes maior ou menor na condição limitante, quando comparada à suficiência de ferro, foram escolhidos para análise por RT-qPCR, para validar os dados obtidos com RNA-seq. Em geral, a maioria dos genes apresentou o mesmo padrão de expressão após 24 h. Os resultados sugerem que, durante a deficiência de ferro, as bactérias expressam vários genes relacionados à absorção de nutrientes, a fim de obter todas as moléculas necessárias para manter os principais processos celulares. Porém, quando o ferro se torna altamente limitante e não existem mais condições adequadas para o crescimento exponencial, a bactéria começa a expressar, de forma antecipada, genes relacionados à formação de esporos, a fim de resistir a essa adversidade. Outro resultado importante foi que a metodologia escolhida se mostrou adequada para a descoberta de novos genes e a técnica de RT-qPCR foi eficiente na validação dos dados obtidos por RNA-seq e pode ser utilizada como alternativa para organismos em que não existem microarranjos disponíveis. / For bacteria, as most living organisms, iron is an essential micronutrient to many cellular processes. Although iron is abundant in crustal, it is not readily bioavailable for organisms. To ensure demand and avoid toxicity, organisms have developed several physiological mechanisms to address changes in iron availability. This tight physiological regulation is achieved mainly through the differential expression of genes related to iron uptake and metabolism. Despite its importance, iron metabolism is still poorly understood in microorganisms, especially in Gram-positive bacteria. The genus Paenibacillus contains more than 30 species of facultative anaerobic, endospore-forming, neutrophilic, periflagellated heterotrophic, and low C+G Gram-positive bacilli. The Paenibacillus riograndensis SBR5 strain was isolated from Triticum aestivum (wheat) rhizospheres in Rio Grande do Sul, Brazil. lt fixes nitrogen and produces indol-3-acetic-acid, two important plant growth promoting factors. In this work we submitted P. riograndensis cultures to iron sufficiency and deficiency conditions. Surprisingly, P. riograndensis was very resistant to iron starvation. RNA-sequencing (RNA-seq) was the technology used to elucidate the global mechanisms involved in SBR5 iron-starvation resistance. Through this methodology we observed that iron deficiency caused several changes in gene expression. From 150 differentially expressed genes, 71 were up- and 79 were down-regulated. Eight genes for which expression was at least twice as high (induced) or twice as low (repressed) in the iron-limited conditions compared with iron-sufficient conditions were chosen for RT-qPCR analysis to validate the RNA-seq data. In general, most genes exhibited the same pattern of expression after 24 h. Our results suggest that during iron deficiency, the bacteria express several genes related to nutrient uptake to obtain ali of the molecules necessary to maintain major cellular processes. However, once iron becomes highly limiting and is no longer able to sustain exponential growth, the bacteria start to express genes related to the sporulation process in the anticipation of spore formation as a way to resist this stress. Another important result was that RNA-seq methodology was suitable to the discovery of new genes and RT-qPCR is a good technique to validate RNA-seq data, especially for organisms for which microarrays are not available.

As bactérias do gênero Paenibacillus são isolados de uma grande variedade de ambientes e tem como característica a produção e secreção de enzimas extracelulares, antimicrobianos e compostos antifúngicos inibidores de vários patógenos animais e vegetais. Os 55 isolados de 15 espécies de Paenibacillus foram testados frente a diversos substratos a fim de verificar a produção de enzimas extracelulares. Foram também testados frente a uma variedade de bactérias e fungos fitopatógenos, humanos e animais para a produção de antibióticos. Nessa triagem, P. validus, P. chibensis, P. koreensis e P. peoriae se destacaram inibindo a maioria das bactérias indicadoras. As espécies P. validus, P. chibensis e P. peoriae foram bons produtores de substancias que inibiram o crescimento de fungos, demonstrando que o gênero possui um amplo espectro de atuação. O tradicional procedimento de triagem para obterem-se novos microrganismos produtores de enzimas para fins biotecnológicos foi executado neste trabalho. As 55 linhagens foram avaliadas na sua capacidade de produzir amilase, proteases (caseinase), celulase, xantanase, xilanase, pectinase, quitinase e lipase. Os isolados se mostraram bons produtores de enzimas hidrolíticas, já que 26 apresentaram atividade xilanolítica, 17 atividade pectinolítica, 49 atividade proteolítica, 43 atividade xantanolítica, 40 atividade celulolítica, 17 atividade lipolítica, 39 atividade amilolítica em condições neutras (pH 7) e 26 atividade amilolítica em condições alcalinas (pH 10), e apenas 4 apresentaram atividade quitinolítica. Sendo assim, esses isolados são candidatos a serem utilizados como agentes biocontroladores ou podem ser explorados como produtores de antimicrobianos e de enzimas hidrolíticas de interesse.

Bacilos são bactérias aeróbias ou anaeróbias facultativas, Gram positivas ou Gram variáveis, produtoras de endósporos, que lhes conferem resistência ao estresse ambiental. Os gêneros Bacillus e Paenibacillus são os que possuem as espécies reconhecidamente fixadoras de nitrogênio. Outra característica dos bacilos é o grande potencial em produzir substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, como hormônios, sideróforos, antibióticos e a capacidade de solubilização de fosfatos. Enquanto múltiplas espécies de bacilos podem ser detectadas nos solos e na rizosfera de várias plantas, muito pouco tem sido feito para estimar a sua diversidade e para indicar quais são as espécies mais comumente isoladas. Dois estudos semelhantes foram conduzidos nesse trabalho, com os seguintes objetivos: i) isolar as espécies de bacilos fixadores de nitrogênio predominantes em diferentes regiões orizícolas e tritícolas do Estado do Rio Grande do Sul, ii) estimar a sua diversidade; e iii) avaliar suas atividades como bactérias promotoras de crescimento de plantas, para utilização como futuros inoculantes. Das espécies que foram identificadas, através do seqüenciamento parcial do gene do RNA ribossomal 16S, as mais comuns foram P. borealis e P. graminis. Para a grande maioria das bactérias isoladas não foi possível a identificação em nível de espécie. Há uma alta probabilidade de que tais bactérias constituam espécies ainda não descritas, mas filogeneticamente muito próximas a P. borealis e P. graminis. Dentre os isolados da rizosfera de arroz e trigo, dois foram descritos como novas espécies neste trabalho: Bacillus oryzae e Paenibacillus riograndensis. Uma característica marcante entre os isolados da rizosfera foi a capacidade destes de produzir grandes quantidades de ácido indol-acético. Poucos isolados, tanto do solo quanto da rizosfera, produziram sideróforos e solubilizaram fosfato. As linhagens selecionadas para experimentos in vivo em casa de vegetação provaram ser muito eficientes na promoção do crescimento de suas plantas hospedeiras. Tais linhagens poderão ser usadas na formulação de novos inoculantes, melhorando o sistema de cultivo em que eles venham a ser aplicados. A identificação e o isolamento de bacilos de solos temperados e subtropicais, que combinem a habilidade de fixar nitrogênio com a produção de substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, poderá aumentar significativamente a produtividade das lavouras graníferas no Brasil e no Estado do Rio Grande do Sul, em especial. / Bacilli are aerobic or facultatively anaerobic, Gram positive or variable, endospore-forming bacteria that exhibit resistance to environmental stress. Bacillus and Paenibacillus genera include the best knowing nitrogen-fixing species. Another bacilli characteristic is their great potential in producing substances that promote plant growth by the production of hormones, siderophores and phosphate solubilization. While multiple species of bacilli can be detected in the soils and rhizosphere, scarce research has been carried out to estimate their diversity and indicate the most commonly isolated species. In this work, two similar studies have been conducted with the objectives of: i) isolate the predominant nitrogen-fixing bacilli species from different rice and wheat crops of Rio Grande do Sul State, ii) estimate their diversity, and iii) evaluate their plant growth promoting (PGP) activities in order to use them further as inoculant strains. Among the species that have been identified through partial 16S rRNA gene sequence analysis, P. borealis and P. graminis were the most common species in both locations, soil and rhizosphere. It was not possible to identify the vast majority of isolates at the level of species. There is a high probability that these bacteria constitute species not yet described, but phylogenetically very closely related to P. borealis and P. graminis. Two isolates from rice and wheat rhizospheres were described as new species: Bacillus oryzae and Paenibacillus riograndensis. A remarkable characteristic among isolates of the rhizosphere was their ability to produce high amounts of indole-acetic acid. Few isolates, both from bulk soil and rhizosphere, produced siderophores and/or solubilized phosphates. The strains selected for in vivo experiments in a greenhouse proved to be very effective in promoting the growth of their host plants. Such strains can be used in the formulation of new inoculants, improving the cropping system in which they will be applied. The identification and the isolation of PGP bacilli from temperate and subtropical soils, which combine the ability to fix nitrogen with the production of substances capable of promoting plant growth, could also significantly increase the productivity of grain crops in Brazil and Rio Grande do Sul State in special.

Para as bactérias, ass1m como a ma1ona dos organismos v1vos, o ferro é um elemento essencial em muitos processos celulares. Embora o ferro seja abundante na crosta terrestre, ele não está prontamente disponível para os organismos. Para garantir a demanda e evitar a toxidez, os organismos desenvolveram vários mecanismos fisiológicos para lidar com mudanças na disponibilidade de ferro. Essa regulação fisiológica refinada é alcançada, principalmente, por mudanças na expressão de genes relacionados ao transporte e metabolismo do ferro. Apesar da sua importância, o metabolismo do ferro ainda é pouco compreendido em bactérias, especialmente em bactérias Gram-positivas. O gênero Paenibacillus contém mais de 30 espécies anaeróbicas facultativas, formadoras de endósporos, neutrofílicas, periflageladas heterotróficas, com baixo teor de C+G e Gram-positivas. A linhagem SBR5 de P. riograndensis foi isolada da rizosfera de Triticum aestivum (trigo), cultivado no Rio Grande do Sul, Brasil. Fixa nitrogênio e produz ácido-3- indol-acético, duas características importantes para bactérias promotoras do crescimento vegetal. Neste trabalho, culturas de P. riograndensis foram submetidas a condições de suficiência e deficiência de ferro. Surpreendentemente, P. riograndensis mostrou-se muito resistente à deficiência de ferro. O sequenciamento de RNA (RNA-seq) foi a metodologia utilizada para elucidar os mecanismos globais envolvidos na resistência de SBR5 à deficiência de ferro. Por esse método observou-se que a deficiência de ferro causou diversas mudanças na expressão gênica. Dos 150 genes diferencialmente expressos, 71tiveram a sua expressão induzida e 79 foram reprimidos. Oito genes cuja expressão foi pelo menos duas vezes maior ou menor na condição limitante, quando comparada à suficiência de ferro, foram escolhidos para análise por RT-qPCR, para validar os dados obtidos com RNA-seq. Em geral, a maioria dos genes apresentou o mesmo padrão de expressão após 24 h. Os resultados sugerem que, durante a deficiência de ferro, as bactérias expressam vários genes relacionados à absorção de nutrientes, a fim de obter todas as moléculas necessárias para manter os principais processos celulares. Porém, quando o ferro se torna altamente limitante e não existem mais condições adequadas para o crescimento exponencial, a bactéria começa a expressar, de forma antecipada, genes relacionados à formação de esporos, a fim de resistir a essa adversidade. Outro resultado importante foi que a metodologia escolhida se mostrou adequada para a descoberta de novos genes e a técnica de RT-qPCR foi eficiente na validação dos dados obtidos por RNA-seq e pode ser utilizada como alternativa para organismos em que não existem microarranjos disponíveis. / For bacteria, as most living organisms, iron is an essential micronutrient to many cellular processes. Although iron is abundant in crustal, it is not readily bioavailable for organisms. To ensure demand and avoid toxicity, organisms have developed several physiological mechanisms to address changes in iron availability. This tight physiological regulation is achieved mainly through the differential expression of genes related to iron uptake and metabolism. Despite its importance, iron metabolism is still poorly understood in microorganisms, especially in Gram-positive bacteria. The genus Paenibacillus contains more than 30 species of facultative anaerobic, endospore-forming, neutrophilic, periflagellated heterotrophic, and low C+G Gram-positive bacilli. The Paenibacillus riograndensis SBR5 strain was isolated from Triticum aestivum (wheat) rhizospheres in Rio Grande do Sul, Brazil. lt fixes nitrogen and produces indol-3-acetic-acid, two important plant growth promoting factors. In this work we submitted P. riograndensis cultures to iron sufficiency and deficiency conditions. Surprisingly, P. riograndensis was very resistant to iron starvation. RNA-sequencing (RNA-seq) was the technology used to elucidate the global mechanisms involved in SBR5 iron-starvation resistance. Through this methodology we observed that iron deficiency caused several changes in gene expression. From 150 differentially expressed genes, 71 were up- and 79 were down-regulated. Eight genes for which expression was at least twice as high (induced) or twice as low (repressed) in the iron-limited conditions compared with iron-sufficient conditions were chosen for RT-qPCR analysis to validate the RNA-seq data. In general, most genes exhibited the same pattern of expression after 24 h. Our results suggest that during iron deficiency, the bacteria express several genes related to nutrient uptake to obtain ali of the molecules necessary to maintain major cellular processes. However, once iron becomes highly limiting and is no longer able to sustain exponential growth, the bacteria start to express genes related to the sporulation process in the anticipation of spore formation as a way to resist this stress. Another important result was that RNA-seq methodology was suitable to the discovery of new genes and RT-qPCR is a good technique to validate RNA-seq data, especially for organisms for which microarrays are not available.

No description available.

Bacilos são bactérias aeróbias ou anaeróbias facultativas, Gram positivas ou Gram variáveis, produtoras de endósporos, que lhes conferem resistência ao estresse ambiental. Os gêneros Bacillus e Paenibacillus são os que possuem as espécies reconhecidamente fixadoras de nitrogênio. Outra característica dos bacilos é o grande potencial em produzir substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, como hormônios, sideróforos, antibióticos e a capacidade de solubilização de fosfatos. Enquanto múltiplas espécies de bacilos podem ser detectadas nos solos e na rizosfera de várias plantas, muito pouco tem sido feito para estimar a sua diversidade e para indicar quais são as espécies mais comumente isoladas. Dois estudos semelhantes foram conduzidos nesse trabalho, com os seguintes objetivos: i) isolar as espécies de bacilos fixadores de nitrogênio predominantes em diferentes regiões orizícolas e tritícolas do Estado do Rio Grande do Sul, ii) estimar a sua diversidade; e iii) avaliar suas atividades como bactérias promotoras de crescimento de plantas, para utilização como futuros inoculantes. Das espécies que foram identificadas, através do seqüenciamento parcial do gene do RNA ribossomal 16S, as mais comuns foram P. borealis e P. graminis. Para a grande maioria das bactérias isoladas não foi possível a identificação em nível de espécie. Há uma alta probabilidade de que tais bactérias constituam espécies ainda não descritas, mas filogeneticamente muito próximas a P. borealis e P. graminis. Dentre os isolados da rizosfera de arroz e trigo, dois foram descritos como novas espécies neste trabalho: Bacillus oryzae e Paenibacillus riograndensis. Uma característica marcante entre os isolados da rizosfera foi a capacidade destes de produzir grandes quantidades de ácido indol-acético. Poucos isolados, tanto do solo quanto da rizosfera, produziram sideróforos e solubilizaram fosfato. As linhagens selecionadas para experimentos in vivo em casa de vegetação provaram ser muito eficientes na promoção do crescimento de suas plantas hospedeiras. Tais linhagens poderão ser usadas na formulação de novos inoculantes, melhorando o sistema de cultivo em que eles venham a ser aplicados. A identificação e o isolamento de bacilos de solos temperados e subtropicais, que combinem a habilidade de fixar nitrogênio com a produção de substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, poderá aumentar significativamente a produtividade das lavouras graníferas no Brasil e no Estado do Rio Grande do Sul, em especial. / Bacilli are aerobic or facultatively anaerobic, Gram positive or variable, endospore-forming bacteria that exhibit resistance to environmental stress. Bacillus and Paenibacillus genera include the best knowing nitrogen-fixing species. Another bacilli characteristic is their great potential in producing substances that promote plant growth by the production of hormones, siderophores and phosphate solubilization. While multiple species of bacilli can be detected in the soils and rhizosphere, scarce research has been carried out to estimate their diversity and indicate the most commonly isolated species. In this work, two similar studies have been conducted with the objectives of: i) isolate the predominant nitrogen-fixing bacilli species from different rice and wheat crops of Rio Grande do Sul State, ii) estimate their diversity, and iii) evaluate their plant growth promoting (PGP) activities in order to use them further as inoculant strains. Among the species that have been identified through partial 16S rRNA gene sequence analysis, P. borealis and P. graminis were the most common species in both locations, soil and rhizosphere. It was not possible to identify the vast majority of isolates at the level of species. There is a high probability that these bacteria constitute species not yet described, but phylogenetically very closely related to P. borealis and P. graminis. Two isolates from rice and wheat rhizospheres were described as new species: Bacillus oryzae and Paenibacillus riograndensis. A remarkable characteristic among isolates of the rhizosphere was their ability to produce high amounts of indole-acetic acid. Few isolates, both from bulk soil and rhizosphere, produced siderophores and/or solubilized phosphates. The strains selected for in vivo experiments in a greenhouse proved to be very effective in promoting the growth of their host plants. Such strains can be used in the formulation of new inoculants, improving the cropping system in which they will be applied. The identification and the isolation of PGP bacilli from temperate and subtropical soils, which combine the ability to fix nitrogen with the production of substances capable of promoting plant growth, could also significantly increase the productivity of grain crops in Brazil and Rio Grande do Sul State in special.

As bactérias do gênero Paenibacillus são isolados de uma grande variedade de ambientes e tem como característica a produção e secreção de enzimas extracelulares, antimicrobianos e compostos antifúngicos inibidores de vários patógenos animais e vegetais. Os 55 isolados de 15 espécies de Paenibacillus foram testados frente a diversos substratos a fim de verificar a produção de enzimas extracelulares. Foram também testados frente a uma variedade de bactérias e fungos fitopatógenos, humanos e animais para a produção de antibióticos. Nessa triagem, P. validus, P. chibensis, P. koreensis e P. peoriae se destacaram inibindo a maioria das bactérias indicadoras. As espécies P. validus, P. chibensis e P. peoriae foram bons produtores de substancias que inibiram o crescimento de fungos, demonstrando que o gênero possui um amplo espectro de atuação. O tradicional procedimento de triagem para obterem-se novos microrganismos produtores de enzimas para fins biotecnológicos foi executado neste trabalho. As 55 linhagens foram avaliadas na sua capacidade de produzir amilase, proteases (caseinase), celulase, xantanase, xilanase, pectinase, quitinase e lipase. Os isolados se mostraram bons produtores de enzimas hidrolíticas, já que 26 apresentaram atividade xilanolítica, 17 atividade pectinolítica, 49 atividade proteolítica, 43 atividade xantanolítica, 40 atividade celulolítica, 17 atividade lipolítica, 39 atividade amilolítica em condições neutras (pH 7) e 26 atividade amilolítica em condições alcalinas (pH 10), e apenas 4 apresentaram atividade quitinolítica. Sendo assim, esses isolados são candidatos a serem utilizados como agentes biocontroladores ou podem ser explorados como produtores de antimicrobianos e de enzimas hidrolíticas de interesse.

Para as bactérias, ass1m como a ma1ona dos organismos v1vos, o ferro é um elemento essencial em muitos processos celulares. Embora o ferro seja abundante na crosta terrestre, ele não está prontamente disponível para os organismos. Para garantir a demanda e evitar a toxidez, os organismos desenvolveram vários mecanismos fisiológicos para lidar com mudanças na disponibilidade de ferro. Essa regulação fisiológica refinada é alcançada, principalmente, por mudanças na expressão de genes relacionados ao transporte e metabolismo do ferro. Apesar da sua importância, o metabolismo do ferro ainda é pouco compreendido em bactérias, especialmente em bactérias Gram-positivas. O gênero Paenibacillus contém mais de 30 espécies anaeróbicas facultativas, formadoras de endósporos, neutrofílicas, periflageladas heterotróficas, com baixo teor de C+G e Gram-positivas. A linhagem SBR5 de P. riograndensis foi isolada da rizosfera de Triticum aestivum (trigo), cultivado no Rio Grande do Sul, Brasil. Fixa nitrogênio e produz ácido-3- indol-acético, duas características importantes para bactérias promotoras do crescimento vegetal. Neste trabalho, culturas de P. riograndensis foram submetidas a condições de suficiência e deficiência de ferro. Surpreendentemente, P. riograndensis mostrou-se muito resistente à deficiência de ferro. O sequenciamento de RNA (RNA-seq) foi a metodologia utilizada para elucidar os mecanismos globais envolvidos na resistência de SBR5 à deficiência de ferro. Por esse método observou-se que a deficiência de ferro causou diversas mudanças na expressão gênica. Dos 150 genes diferencialmente expressos, 71tiveram a sua expressão induzida e 79 foram reprimidos. Oito genes cuja expressão foi pelo menos duas vezes maior ou menor na condição limitante, quando comparada à suficiência de ferro, foram escolhidos para análise por RT-qPCR, para validar os dados obtidos com RNA-seq. Em geral, a maioria dos genes apresentou o mesmo padrão de expressão após 24 h. Os resultados sugerem que, durante a deficiência de ferro, as bactérias expressam vários genes relacionados à absorção de nutrientes, a fim de obter todas as moléculas necessárias para manter os principais processos celulares. Porém, quando o ferro se torna altamente limitante e não existem mais condições adequadas para o crescimento exponencial, a bactéria começa a expressar, de forma antecipada, genes relacionados à formação de esporos, a fim de resistir a essa adversidade. Outro resultado importante foi que a metodologia escolhida se mostrou adequada para a descoberta de novos genes e a técnica de RT-qPCR foi eficiente na validação dos dados obtidos por RNA-seq e pode ser utilizada como alternativa para organismos em que não existem microarranjos disponíveis. / For bacteria, as most living organisms, iron is an essential micronutrient to many cellular processes. Although iron is abundant in crustal, it is not readily bioavailable for organisms. To ensure demand and avoid toxicity, organisms have developed several physiological mechanisms to address changes in iron availability. This tight physiological regulation is achieved mainly through the differential expression of genes related to iron uptake and metabolism. Despite its importance, iron metabolism is still poorly understood in microorganisms, especially in Gram-positive bacteria. The genus Paenibacillus contains more than 30 species of facultative anaerobic, endospore-forming, neutrophilic, periflagellated heterotrophic, and low C+G Gram-positive bacilli. The Paenibacillus riograndensis SBR5 strain was isolated from Triticum aestivum (wheat) rhizospheres in Rio Grande do Sul, Brazil. lt fixes nitrogen and produces indol-3-acetic-acid, two important plant growth promoting factors. In this work we submitted P. riograndensis cultures to iron sufficiency and deficiency conditions. Surprisingly, P. riograndensis was very resistant to iron starvation. RNA-sequencing (RNA-seq) was the technology used to elucidate the global mechanisms involved in SBR5 iron-starvation resistance. Through this methodology we observed that iron deficiency caused several changes in gene expression. From 150 differentially expressed genes, 71 were up- and 79 were down-regulated. Eight genes for which expression was at least twice as high (induced) or twice as low (repressed) in the iron-limited conditions compared with iron-sufficient conditions were chosen for RT-qPCR analysis to validate the RNA-seq data. In general, most genes exhibited the same pattern of expression after 24 h. Our results suggest that during iron deficiency, the bacteria express several genes related to nutrient uptake to obtain ali of the molecules necessary to maintain major cellular processes. However, once iron becomes highly limiting and is no longer able to sustain exponential growth, the bacteria start to express genes related to the sporulation process in the anticipation of spore formation as a way to resist this stress. Another important result was that RNA-seq methodology was suitable to the discovery of new genes and RT-qPCR is a good technique to validate RNA-seq data, especially for organisms for which microarrays are not available.