Mecanismos diretos de ação

3.2.4.1.1 Produção de fitohormônios

3.2.4.1.1.1 AIA

A principal auxina nas plantas é o ácido indol-3-acético, hormônio vegetal que regula vários processos celulares e de desenvolvimento dos vegetais (KENDE; ZEEVAART, 1997). Este hormônio também pode ser produzido por bactérias presentes no solo, que o fazem de modo a estabelecer um elo de comunicação com a planta hospedeira, podendo ser usado também nas interações que desenvolvem patogenicidade, pela modificação de sua morfologia e de seu desenvolvimento (BIANCO et al., 2006). A produção deste hormônio por micro- organismos pode ser interessante no sentido de auxiliar a planta em seu desenvolvimento, quando as condições para isso encontram-se desfavoráveis. Algumas bactérias são conhecidas por produzirem AIA, estimulando a proliferação das raízes por meio do aumento da absorção de nutrientes pelas plantas (LAMBRECHT et al., 2000). Shoebitz et al. (2009) isolaram uma linhagem de Enterobacter ludwigii (BNM 0357) que deve atuar como uma RPCP, mostrando habilidade em melhorar o desenvolvimento radicular de Lolium perenne (azevém-perene). A produção de AIA varia de acordo com os gêneros bacterianos. Ahmad et al. (2008)

observaram maior produção de AIA por isolados de Pseudomonas sp., seguido por espécies de Bacillus e Azotobacter. Também foram encontrados relatos sobre a produção de AIA por Serratia sp., Enterobacter sp., Pantoea sp., Paenibacillus sp. (ERTURK et al., 2010; FARINA et al., 2012; MONTAÑEZ et al., 2012; SELVAKUMAR et al., 2008).

3.2.4.1.1.2 Etileno

O etileno é uma molécula orgânica com função biológica e que pode atuar como um regulador de crescimento vegetal, quando em baixas concentrações. Necessário ao desenvolvimento normal de plantas, sua produção pode ser aumentada em condições de estresse (GLICK, 2005) que pode levar a inibição do crescimento radicular (JACKSON, 1991). Há algumas RPCPs que possuem a habilidade de clivar o composto 1- aminociclopropano-1-carboxilato (ACC), precursor imediato de etileno pela atividade da enzima ACC deaminase, reduzindo os níveis de etileno (GLICK, 1995) (figura 3.7), consequentemente reduzindo os efeitos negativos às plantas.

Figura 3.7 - Esquema representando uma bactéria produtora de ACC deaminase responsável por clivar o composto ACC, precursor de etileno e consequentemente, reduzir os níveis de etileno, inibindo os efeitos deletérios causados por esse composto. Estresses abióticos, injúria, ataque de patógenos e até mesmo AIA podem induzir a enzima ACC sintase a converter o composto S-adenosilmetionina (AdoMet) em ACC, que por sua vez é convertido a etileno, que por sua vez causa vários efeitos negativos às plantas

Fonte: Modificado de Husen et al. (2008)

Jacobson et al. (1994) purificaram parcialmente e caracterizaram a enzima ACC deaminase de Pseudomonas putida capaz de clivar ACC em amônia e α-cetobutirato (MAYAK et al., 1999). Esta enzima tem sua forma nativa constituída de três cadeias proteicas

de massa molecular equivalente a 105 kDa e uma subunidade de 35 kDa. Tem ação citoplasmática e é induzida por baixos níveis de ACC com temperatura ideal correspondente a 30°C e valor de pH de 8,5. Shah et al. (1998) na tentativa de entender como a enzima atua, clonaram e caracterizaram os genes para esta enzima e observaram que ao transformarem linhagens de Pseudomonas incapazes de atuar como RPCPs, elas ganhavam a habilidade de promover alongamento radicular. Shaharoona et al. (2006) isolaram bactérias da rizosfera de milho em meio contendo ACC como única fonte de nitrogênio e realizaram teste de promoção de crescimento de milho sob condições axênicas, observando uma correlação positiva entre a produção de ACC deaminase e o alongamento radicular. Com este estudo concluíram que a seleção de bactérias pela presença da enzima ACC deaminase é uma ferramenta eficiente na escolha de RPCPs podendo ser utilizadas como biofertilizantes para aumentar o crescimento vegetal.

3.2.4.1.2 Solubilização de fosfatos

O fósforo é um nutriente amplamente distribuído no solo, entretanto, por ser altamente reativo com outros elementos, combina-se facilmente a Fe e Al em solos ácidos e Ca em solos calcários (LINDSAY et al., 1989), estando indisponível à absorção pelas plantas. Tanto alguns fungos quanto algumas bactérias são capazes de solubilizar os compostos contendo fósforo pela produção de diversos ácidos orgânicos. Entre eles, podemos citar os ácidos acético, cítrico, glucônico, isobutírico, málico, oxálico, succínico, entre outros (KHAN; ZAIDI; WANI, 2007). Esses ácidos orgânicos podem dissolver o fosfato por meio de trocas aniônicas ou então podem se combinar ao Fe e Al associados ao fosfato (OMAR, 1998). Eles atuam por meio da redução do pH ou competição por fosfato com sítios de adsorção no solo (NAHAS, 1996). Após solubilização, o fósforo torna-se então biodisponível (figura 3.8). Yi et al. (2008) sugeriram que a produção de exopolissacarídeos com habilidade de ligação ao cálcio também deve ser um fator importante na dissolução de fosfato tricálcico, atuando em conjunto com os ácidos orgânicos.

Figura 3.8 - Esquema da mobilização e imobilização de fósforo por bactérias Fonte: Modificado de Khan et al. (2009)

São várias as espécies de bactérias com capacidade de solubilização de fosfato, entre elas podemos citar Azotobacter sp., Pseudomonas sp., Pseudomonas putida, Enterobacter sp., Pantoea agglomerans, Bacillus sp., Burkholderia sp., Mesorhizobium sp., Microbacterium laevaniformans (AHMAD et al., 2008; JORQUERA et al., 2008; MALBOOBI et al., 2009; OLIVEIRA et al., 2009).

3.2.4.1.3 Fixação biológica de nitrogênio atmosférico

A fixação biológica de nitrogênio atmosférico ocorre de acordo com uma reação, onde uma molécula de nitrogênio é convertida pela enzima nitrogenase, em duas moléculas de amônia que podem ser facilmente utilizadas pelas plantas (BHATTACHARJEE et al., 2008).

Em sistemas naturais, há os micro-organismos simbióticos de leguminosas como os rizóbios; não-leguminosas como as bactérias do gênero Frankia; cianobactérias associadas a pteridófitas aquáticas do gênero Azolla; bactérias endofíticas associadas a cereais e também há aqueles de vida livre como algumas cianobactérias, bactérias heterotróficas e autotróficas (HERRIDGE et al., 2008). Park et al. (2005) ao realizarem isolamento da rizosfera de sete diferentes plantas da Coréia, identificaram três espécies com alta atividade da nitrogenase: Stenotrophomonas maltophilia, Bacillus fusiformis, Pseudomonas fluorescens. Outros micro- organismos diazotróficos são: Pseudomonas sp., Agrobacterium tumefaciens (YIM et al., 2009); Bacillus, Pseudomonas, Paenibacillus, Serratia, Ochrobactrum, Lysinibacillus, Burkholderia, Brevundimonas, Herbaspirillum, Novosphingobium, Sphingomonas, Xanthomonas e Azorhizobium (ISLAM et al., 2010); Vibrio sp. com pigmentação avermelhada (RAMESHKUMAR; NAIR, 2009).

A genética da fixação de nitrogênio é um tanto complexa, sendo necessários vários genes nif (nifH, nifD nifK, nifY, nifB, nifQ, nifE, nifN, nifX, nifU, nifS, nifV, nifW, nifZ) para a síntese da nitrogenase (FRANCHE et al., 2009).