Interação entre bactérias e plantas

Fatores abióticos provocadores de estresse ambiental, como: seca, salinidade, contaminação por metais pesados, inundações, temperatura e incidência de radiação ultravioleta são importantes moduladores no desenvolvimento das plantas.

A síntese e excreção de fitormônios têm um papel importante na mitigação dos efeitos do estresse abiótico, bem como no metabolismo da planta101,102,103_{. Entretanto, essas pressões ambientais podem alterar os níveis do}

fitormônio nas plantas causando perturbações no crescimento das mesmas.

Tais efeitos podem ser minimizados ou até mesmo suprimidos pela presença de microrganismos que colonizam a região da rizosfera ou associados endofiticamente aos tecidos da planta, de forma que essa associação pode trazer diversos benefícios para a planta através da produção de diversos metabólitos bioativos88_.

Essas são conhecidas como bactérias promotoras do crescimento de plantas (PGPB) e podem estimular seus hospedeiros através de diversos mecanismos, dentre os quais os mais importantes são a produção de fitormônios e a indução da síntese de compostos de defesa contra patógenos. Diferentes gêneros podem compor a microbiota associada, podendo destacar Azospirillum, Bacillus,

Bulkholderia, Gluconoacetobacter, Herbaspirillum, Pseudomonas88_.

Os benefícios produzidos pelas PGPB estão relacionados à biossíntese de diversos reguladores de crescimento, como: auxinas (IAA), giberilinas (GB), citoquininas (CK), ácido abscísico (ABA). Esses metabolitos regulam a concentração de hormônios nos tecidos das plantas e seus efeitos são similares aos obtidos com a aplicação externa de fitormônios104,105_{. A Figura 2.2 ilustra como ocorre a interação}

entre a microbiota endofítica presente na rizosfera e a planta, assim como os benefícios que a biossíntese dos fitormônios pode propiciar.

Figura 2.2. Esquema do mecanismo de interação entre a microbiota endofítica e presente na rizosfera e a planta.

A Tabela 2.1 exemplifica alguns fitormônios produzidos por bactérias e quais plantas hospedeiras são beneficiadas pela associação com esses microrganismos.

Tabela 2.1. Relação de fitormônio, microrganismos produtores e planta hospedeira.

Microrganismo Fitohormônio Planta Referência

Azospirillum lipoferum GA Triticum aestivum 105

Azospirillum brasilense ABA Arabidopsis sp. 106

Bacillus amyloliquefaciens ABA Oryza sativa 107

Bacillus licheniformis ABA Vitis vinífera 114

Pseudomonas fluorescen ABA Vitis vinífera 114

Bacillus aryabhattai IAA, GA, ABA Glycine max 115

Foi demonstrando por experimentos de espectrometria de massa, por análises em full scan, que o ABA era um dos metabólitos produzidos durante a fase de crescimento das culturas de Azospirillum brasilense sp 245. Experimentos adicionais revelaram que modificações nas condições de cultivo foram capazes de alterar a concentração desse metabólito no caldo de fermentação e a produção de ABA foi aumentada com a adição de NaCl ao meio de cultura106_.

Os benefícios promovidos aos hospedeiros pela presença de alguns microrganismos foram demonstrados por Cohen et al.106,107,108 _{por meio de}

experimentos com A. brasilense e A. lipoferum com os hospedeiros Arabidopsis e milho, respectivamente. Em 2008, Cohen et al.106 _{demonstraram com experimentos}

de interação bactéria-hospedeiro que as sementes de Arabidopsis eram beneficiadas com o aumento da concentração de ABA quando inoculadas com A. brasilense.

Posteriormente, Cohen et al.107 _{observaram que a inoculação de A.} lipoferum em milho com 45 dias de cultivo promoveu não só o aumento da

concentração de ABA como também reverteu processos inibitórios na síntese do ABA causados pela aplicação de fluridona.

Os resultados obtidos para Arabidopsis e milho foram confirmados em 2012 por Cohen et al.108 _{ao utilizar Arabidopsis thaliana como modelo para analisar a}

base fisiológica pela qual o Azospirillum afeta a resposta da planta, especialmente sob condições de restrição de água.

Como resultado foi observado que tanto a inoculação do Azospirillum quanto a aplicação dos fitohormônios ABA, IAA e GA3 induziam alterações no crescimento e ramificação das raízes. Essa série de experimentos ilustra os benefícios da interação entre bactéria-planta hospedeira.

A produção de fitohormônios pelos microrganismos associados, bem como a alteração dos níveis desses na planta, podem minimizar os efeitos causados por estresses ambientais. Como consequências positivas da inoculação do

Azospirillum também podem ser citados o aumento da produção de pigmentos

fotossintéticos e fotoprotetores, a resistência ao estresse hídrico em condições de restrição de água, aumento do rendimento de sementes, aumento na concentração de prolina e diminuição da condutância estomática109-114_.

As giberelinas compõem outra importante classe de metabólitos envolvida em inúmeros processos do clico de desenvolvimento das plantas como por exemplo: germinação das sementes, afloramento das plântulas, crescimento do caule e das folhas, florescimento, crescimento das flores e frutos88_{. Embora a rota}

biossintética desse fitohormônio esteja completamente elucidada em plantas e fungos

115,116_{, ainda existem diversas lacunas para serem preenchidas na completa}

Bradyrhizobium japonicum sugerem que a biossíntese do GA em bactérias ocorre por

uma rota envolvendo o difosfato de ent-copalil e ent-kaureno117,118_.

A inoculação de Azospirillum spp. e Bacillus spp. em trigo, milho e arroz promoveram o crescimento das raízes das plantas, o aumento da concentração de N, aumento de níveis de GA3, reversão de nanismo genético causado pelos inibidores

da biossíntese de GA, e aumento no total de carboidrato acumulado119-123_.

B. pumilus e B. licheniformis apresentaram forte atividade promotora do

crescimento de Alnus glutinosa. Extratos oriundos da co-cultura dessas bactérias mostraram-se efetivos na reversão do nanismo causada pela aplicação de Paclobutrazol® (um inibidor da biossíntese de GA). De fato, a análise desses extratos por GC-MS revelou a presença das giberilinas GA1, GA3, GA4 e GA20 124. Do mesmo

modo que foi observado para o Alnus glutinosa, a interação entre bactéria e planta hospedeira também promoveu o crescimento de Pinus pinea, presumivelmente pelo aumento da produção de GA125_.

2 Objetivos

Analisar o perfil de compostos fixos produzidos por bactérias associadas à Podocarpus macrophyllus.

Desenvolver um método de análise de compostos voláteis por GC-MS. Analisar o perfil de compostos voláteis do óleo essencial de Podocarpus

macrophyllus.

Analisar o perfil de compostos voláteis das bactérias associadas à

Podocarpus macrophyllus.

Avaliar a interação entre bactérias e fungos do Podocarpus

macrophyllus.