Este estudo descreve a diversidade de actinobactérias isoladas da esponja marinha Aplysina fulva e o potencial destes microorganismos como produtores de metabólitos bioativos com propriedades fungicidas e herbicidas. Actinobactérias são prolíficas produtoras de compostos farmacologicamente importantes, pois cerca de 70% dos antibióticos naturalmente derivados que estão atualmente em uso clínico são produzidos por estes microorganismos. Entretanto este valor é ainda inexpressivo na indústria agrícola. Agroquímicos sintéticos ainda são dominantes no mercado apesar de estarem menos efetivos contra plantas daninhas e patógenos cada vez mais resistentes. Neste trabalho, um total de 21 actinobactérias foram isoladas com a utilização de meios seletivos. Análises filogenéticas baseadas no sequenciamento parcial do gene que codifica para o rRNA 16S mostrou que estes microorganismos pertencem a oito gêneros do filo Actinobacteria: Kocuria; Citricoccus; Terrabacter; Gordonia; Agrococcus; Tsukamurella; Brevibacterium e Streptomyces. Os extratos de todos os isolados foram testados para verificar a produção de metabólitos secundários com propriedades fungicidas contra os fungos fitopagênicos de importância agrícola: Pythium aphanidermatum; Phytophthora capsici e Magnaporthe grisea. O extrato bruto de 43% dos isolados mostrou atividade fungicida para ao menos um dos patógenos. O perfil químico do extrato dos isolados com bioatividade positiva foram similares mesmo entre gêneros diferentes. Os metabólitos do Streptomyces ASPSP 103 foram mais eficientes devido à forte inibição contra todos os patógenos testados. Portanto este isolado foi selecionado e testado para atividade herbicida por meio de screening que teve início com testes de atividade algicida contra a microalga Selenastrum capricornutum. Acreditamos que actinobactérias associadas a esponjas marinhas desempenham um papel de defesa química contra microalgas que possam obstruir os porócitos asfixiando o animal, e que estes compostos algicidas possivelmente tenham ação herbicida. Foi verificada atividade do extrato bruto do Streptomyces ASPSP 103 contra S. capricornutum, e a atividade herbicida pré-emergência com um efeito fraco em Lactuca sativa (dicotiledônea) e uma forte inibição em Agrostis stolonifera (monocotiledônea). A purificação do extrato bruto para isolamento do composto bioativo foi guiado por bioensaio contra Pythium aphanidermatum, um oomiceto de rápido crescimento e sensível aos metabólitos de ASPSP 103 previamente testados. Foi identificado o composto da classe butenolida com atividade herbicida préemergência contra Agrostis stolonifera (IC50 33.43 μg/mL). Este é o primeiro relato da atividade de butenolida para atividade herbicida. Estudos aprofundados em taxonomia mostraram que as características filogenéticas, morfológicas e químicas do isolado ASPSP 103 são consistentes com o gênero Streptomyces. Portanto devido algumas diferenças em parâmetros taxonômicos, ASPSP 103T foi proposto como linhagem tipo para uma nova espécie de Streptomyces, para qual o nome Streptomyces atlanticus sp. nov. foi sugerido. Estes resultados enfatizam o potencial de Streptomyces marinhos para produzir compostos bioativos com potencial de aplicação em agrobiotecnologia. / Actinobacteria are producers of important pharmacological compounds. About 70% of natural antibiotics are derived from these microorganisms. However, the use of natural compounds are still limited in the agricultural industry, even considering that synthetic pesticides are less effective against pathogens and weed plants. This study describes the diversity of actinobacteria associated with the marine sponge Aplysina fulva and their potential as producers of bioactive compounds with fungicidal and herbicidal properties. In this study, a total of 21 actinomycetes were isolated with the use of selective media. Phylogenetic analyzes based on partial sequencing of the gene encoding for 16S rRNA showed that these microorganisms belong to eight Actinobacteria genera, including Kocuria, Citricoccus, Terrabacter, Gordonia, Agrococcus, Tsukamurella, Brevibacterium and Streptomyces. The extracts of all isolates were tested for the production of secondary metabolites with fungicidal properties against the following phytopathogenic fungi: of Pythium aphanidermatum, Phytophthora capsici and Magnaporthe grisea. The crude extract of 43% of the isolates showed fungicidal activity for at least one of the pathogens. The chemical profiles of the actinobacteria extracts with positive bioactivity were similar even among different genus. The metabolites of Streptomyces ASPSP 103 were more efficient because of the strong inhibition against all tested pathogens. So, the isolate ASPSP 103 was selected and tested for herbicide activity through screening for algaecide activity towards microalgae Selenastrum capricornutum. We believe that actinobacteria associated with marine sponges play a role in chemical defense against algae that can obstruct the pores, choking the animal. These algaecides compounds possibly have herbicide action. Activity of the Streptomyces ASPSP 103 crude extract against S. capricornutum was observed. In addition, it was observed a weak pre-emergence herbicide activity on Lactuca sativa (dicot) and a strong inhibition in Agrostis stolonifera (monocot). The purification of the crude extract to isolate the bioactive compound was guided by bioassay against Pythium aphanidermatum, a fast growing oomycete and sensitive to metabolites from ASPSP 103 previously tested. The butenolide compound was identified with pre-emergence herbicidal activity against Agrostis stolonifera (IC50 33.43 μg/mL). This is the first report of butenolide activity with herbicide activity. Taxonomy studies showed that the phylogenetic, morphological and chemical characteristics of the isolated ASPSP 103 are consistent with the Streptomyces genus. Then, considering some differences in taxonomic parameters, ASPSP 103T was proposed as line type for a new species of Streptomyces, for which the name Streptomyces atlanticus sp. nov. was suggested. These results emphasize the potential of marine Streptomyces to produce bioactive compounds with potential biotechnological application in agricultural industry.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-16112015-164851 |
| Date | 03 November 2015 |
| Creators | Silva, Fábio Sérgio Paulino da |
| Contributors | Melo, Itamar Soares de |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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