Phylogeny and molecular diversity of Mimosa caesalpiniifolia (Benth.) and of diazotrophic bacteria

A família Leguminosae é a terceira maior família de angiospermas com aproximadamente 700 gêneros, dos quais a subfamília Mimosoideae compreende 78 gêneros, destacando-se Acacia, Mimosa e Inga. A espécie Mimosa caesalpiniifolia Benth., conhecida como sabiá ou sansão do campo, é considerada uma das espécies arbóreas nativas mais importantes do semiárido brasileiro por apresentar múltiplo uso e grande potencial para recuperação de áreas degradadas por fixar nitrogênio em simbiose com bactérias diazotróficas. A taxonomia das bactérias diazotróficas vem mudando pela utilização em conjunto de aspectos fenotípicos e fisiológicos e de ferramentas moleculares. Objetivou-se avaliar a filogenia de plantas de sabiá (Mimosa caesalpiniifolia Benth.) e a diversidade e filogenia de suas bactérias simbióticas em cinco municípios nordestinos. O trabalho foi conduzido de abril de 2010 a março de 2011, na Universidade Federal Rural de Pernambuco e no Laboratório de Genoma do Instituto Agronômico de Pernambuco. Para os estudos filogenéticos do sabiá, folhas de plantas nativas ou naturalizadas foram coletadas em Crato, Gravatá, Itambé, Mossoró e Serra Talhada, e tiveram o DNA genômico extraído utilizando-se kit comercial. Foram realizadas amplificações da região espaçadora intergênica atpB-rcbL do genoma cloroplastidial que foram usadas para construir a Inferência Bayesiana da filogenia entre os acessos. Amostras de solo foram coletadas à mesma época das coletas das folhas e plantas de sabiá foram usadas como plantas-isca para obtenção de nódulos de rizóbios utilizando-se Vasos de Leonard, em casa de vegetação. As bactérias presentes nos nódulos foram isoladas e purificadas em meio YMA com Vermelho Congo e a caracterização morfofisiológica dos isolados foi realizada em meio YMA com Azul de Bromotimol. Posteriormente os isolados foram crescidos em meio TY líquido para extração do DNA com kit comercial. Foram realizadas amplificações com os oligonucleotideos BOX, ERIC e REP e amplificação e sequenciamento do 16S DNAr. As sequências do espaço intergênico cloroplastidial atpB-rbcL não corresponderam com qualquer outra sequência depositada no NCBI. Os acessos CRATO 4 e SERRA TALHADA 20 formaram um grupo externo indicando que podem ser as mais próximas geneticamente. A alta taxa de segregação da espécie influenciou na diversidade dentro e entre as diferentes áreas estudadas e a origem geográfica não determina a variação dos observados nos acessos das plantas estudadas. Os fingerprints genômico dos 47 isolados utilizando os elementos BOX, ERIC e REP apresentaram padrões de amplificações distintos, porém a compilação dos resultados criou o dendrograma com maior número de grupos. As sequências 16S DNAr foram comparadas no GenBank através do programa BLAST, e os isolados apresentam identidade variando entre 68 e 99% com estirpes do gênero Burkholderia. A árvore filogenética construída com as sequências da região 16S DNAr dos isolados, juntamente com as sequências da região 16S DNAr de estirpes tipo recomendadas para inoculação de leguminosas, indica que os isolados obtidos são geneticamente distintos das estirpes recomendadas. Os isolados PE-MO01, PE-MO02 e PE-MO04 destacaram-se por serem os mais distintos dentro do grupo de isolados. A escassez de dados de filogenia molecular da espécie Mimosa caesalpiniifolia Benth. revela a necessidade da utilização de outros marcadores taxonômicos para conhecimento da filogenia e da diversidade desta espécie e as sequências do gene 16S DNAr confirmam a preferência de simbiose entre espécies de leguminosas do gênero Mimosa com bactérias diazotróficas do gênero Burkholderia.Leguminosae is the third largest angiosperm family, with around 700 genera, of which the Mimosoideae subfamily comprehends 78 genera, with emphasis to Acacia, Mimosa and Inga. Mimosa caesalpiniifolia Benth., known as “sabiá” or “sansão do campo” is considered to be one of the most important native tree species of the Brazilian semiarid due to its multiuse capability, and high potential for degraded area recovery, since it fixes nitrogen in symbiosis with diazotrophic bacteria. Diazotrophic bacteria taxonomy has been changing due to joint use of phenotypic, physiologic and molecular tools. This work aimed to evaluate “sabiá” and its symbiotic bacteria diversity in five Northeastern municipalities. It was conducted from April, 2010 to March, 2011, at Pernambuco Federal Agricultural University and the Genome Laboratory of the Pernambuco Agronomic Institute. For “sabiá” phylogenetic studies, leaves from native or naturalized plants were collected at Crato, Gravatá, Itambé, Mossoró and Serra Talhada, with their genomic DNA extracted with a commercial kit. The intergenomic atpB-rcbL region of chloroplastic DNA was amplified and used to construct Bayesian Inference phylogenesis of the accesses. Soil samples were collected at the same time of plant collection, and “sabiá” plants were used as bait for rhizobial nodules using Leonard jars, at a greenhouse. Nodule bacteria were isolated and purified in YMA media with Congo Red, and morpho-physiologically characterized on YMA media with Bromothymol Blue. The isolates were later grown in liquid TY media for DNA extraction with a commercial kit. Amplifications were conducted with REP, ERIC and BOX primers, and 16S rDNA was amplified and sequenced. Intergenic atpB-rbcL chloroplast DNA sequences did not match any NCBI entry. CRATO 4 and SERRA TALHADA 20 accesses formed an external group indicated they may be genetically closer to a Mimosa ancestor. The high segregation of the species affected diversity within and among the different areas, and plant biogeography was not confirmed. Genomic fingerprinting of the 47 isolates had different patterns for REP, ERIC and BOX elements, but compilation of the results created the dendrogram with the most groups. The 16S rDNA sequences were blasted in GenBank, and the isolates had 68 to 99% similarity with Burkholderia strains. The phylogenetic tree constructed with the 16S rDNA, combined with sequences from strains recommended for legume inoculation, show these isolates to be diverse from the currently recommended. Isolates PE-MO01, PE-MO02 and PE-MO04 were the most different among the isolates. The lack of molecular phylogeny data for “sabiá” shows the need of using other taxonomic markers to evaluate this species diversity, and the 16S rDNA sequences confirm the Mimosa symbiosis preference for Burkholderia strains