Desarrollo de un sistema de regulación sintético mediado por “Quorum Sensing” en Cupriavidus pinatubonensis JMP134, para controlar la expresión de genes promotores del crecimiento de plantas

Tesis (Magíster en Biotecnología)Esta tesis fue financiada por el Proyecto FONDECYT 1151130 : “Effect of abiotic perturbations and the role that plant root exudates, plant microbiota and the plant itself play on in the transcriptomic profiles of Burkholderiaceae rhizospheric species interacting with Arabidopsis plants”La agricultura requiere de nuevas herramientas que permitan mejorar la productividad y el rendimiento de las cosechas, evitando el uso excesivo de compuestos orgánicos y agroquímicos y direccionando su desarrollo hacia una agricultura más amigable con el medio ambiente. Es en este contexto en el que los microorganismos que establecen asociaciones benéficas con plantas prometen nuevas soluciones en el reemplazo de los compuestos usados como agroquímicos. Diferentes especies de bacterias pueden otorgar efectos benéficos a las plantas; estas bacterias se denominan PGPR, las cuales son capaces de promover el crecimiento vegetal mediante diversos mecanismos. Cupriavidus pinatubonensis JMP134 es una bacteria que puede colonizar establemente la rizósfera de las plantas pero que no tiene la capacidad de promover el crecimiento de éstas, ya que carece de genes involucrados en la promoción del crecimiento de plantas. Además, esta bacteria no presenta genes de Quorum Sensing (QS), mecanismo de comunicación bacteriano esencial para una efectiva colonización por parte de las PGPR. El objetivo de esta tesis fue diseñar y construir en la cepa JMP134 un sistema de regulación sintético mediado por QS para otorgarle la capacidad de expresar genes promotores del crecimiento en plantas, haciendo así que se pueda comportar como una PGPR. Para ello, se obtuvieron vectores con los genes de QS y de promoción correspondientes y se integraron en la cepa JMP134, con el fin de probar su nueva función y eficacia como bacteria PGPR. Los resultados obtenidos para las variantes de la cepa de JMP134 construidas indican que si bien los genes expresados en estas cepas son capaces de promover diversos parámetros de crecimiento en plantas de Arabidopsis thaliana, ciertos aspectos fisiológicos de las bacteria se ven afectados, debido a la alta carga metabólica que representa la expresión de los genes integrados en esta bacteria. Asimismo, los genes relacionados al QS no estarían favoreciendo la capacidad de colonización de la bacteria en la raíz, señalando la necesidad de explorar otros sistemas de control de la expresión génica para usar esta cepa con el propósito de convertirla en PGPR.Agriculture requires new tools to improve productivity and crop yields, avoiding overuse of agricultural chemicals and organic compounds and directing its development towards a more friendly agriculture with the environment. In this context, microorganisms that establish beneficial interactions with plants promise new solutions in replacement of agrochemicals. Different species of bacteria can provide beneficial effects to plants; these bacteria are called PGPR, which are capable of promoting plant growth by various mechanisms. Cupriavidus pinatubonensis JMP134 is a bacterium that can stably colonize the rhizosphere of plants but does not have the ability to promote their growth, as it lacks genes involved in promoting plant growth. In addition, this bacterium has no genes involved in Quorum Sensing (QS), a communication mechanism essential for effective bacterial colonization by PGPR. The aim of this thesis was to design and build a synthetic regulation system mediated by QS in the strain JMP134, to grant the ability to express plant growth promotion genes, thus making this bacteria to behave as a PGPR. For this purpose, vectors with QS and corresponding promotion genes were obtained and integrated into the JMP134 strain, in order to test its effectiveness as a PGPR. The results obtained for the variants of the JMP134 strain constructed indicate that although genes expressed in these strains are capable of promoting various growth parameters in Arabidopsis thaliana plants, certain physiological aspects of the bacteria are affected, because of the high metabolic burden that the expression of the integrated genes in this bacterium represent. Also, genes related to QS would not be favoring colonization ability of the bacteria in the root, noting the need to explore other control systems for gene expression using this strain for the purpose of making it a PGPR