Identification and characterization of Burkholderia seminalis TC3.4.2R3 genes related to the control of fusariosis

Na agricultura moderna, formas alternativas de alcançar maior produtividade de modo sustentável são prioridades. Entretanto, o sucesso agrícola é ainda excessivamente dependente do emprego de fertilizantes químicos e de defensivos agrícolas. A severidade de algumas doenças é um fator preocupante na produção de várias culturas. Dentre alguns patógenos de planta, destaca-se o gênero Fusarium, o qual apresenta uma expressiva importância na agricultura por ser patógeno em várias culturas de interesse econômico.. Por outro lado, a utilização de microrganismos endofíticos como agentes de biocontrole vem se tornando cada vez mais atrativa, pois, surge como uma alternativa capaz de amenizar gastos excessivos com controle químico e danos ao meio ambiente. Dentre esses microrganismos, destaca-se o gênero Burkholderia, conhecidamente capaz de produzir uma vasta gama de antimicrobianos, com diferentes níveis de especificidade. Essas bactérias vivem em interações com diversos microrganismos e plantas, em um ambiente altamente competitivo, resultando em uma fonte de metabólitos secundários, bacteriocinas dentre outros pepitideos A linhagem TC3.4.2R3 Burkholderia seminalis, isolada endofiticamente de raízes de cana-de-açúcar, é capaz de controlar vários fungos e bactérias fitopatogênicas. Apartir dessa linhagem foi construída uma biblioteca de mutantes randômicos por meio de transposon. Assim, por meio dessa biblioteca, o objetivo do trabalho foi selecionar mutantes defectivos no controle de diferentes espécies de Fusarium, identificar e caracterizar os genes nocauteados, visando o melhor entendimento do controle da fusariose. Os resultados obtidos por meio da caracterização do teste de antagonismo demonstrou que a linhagem TC3.4.2R3 selvagem produz metabólitos capazes de inibir in vitro o crescimento de Fusarium spp. A partir da biblioteca de mutantes, foram obtidos 8 mutantes defectivos para o controle de Fusarium verticilioides FV-01-CTC que não apresentaram alta especificidade quando avaliados contra outros Fusarium spp. Dentre os genes nocauteados foram identificadas sequências codificadoras para a proteína glutamato sintase, TolB e FAD. Até o momento não foi encontrado relatos sobre o glutamato como um biocontrolador de patógenos, entretanto o uso de mutantes sítio dirigido para esse gene confirmou o papel do mesmo no controle de FV-01-CTC. TolB é uma proteína relacionada ao transporte de substâncais e pode ter seu papel de controle relacioanado à secreção de metabolítos secundários, visto que in silico, no genoma da TC3.4.2R3, foram encontrados 18 clusters resposáveis pela produção de metabólitos secundários. Assim, o presente trabalho abre novas perspectivas de estudo, visto que, os mecanismos de controle da fusariose por B. seminalis TC3.4.2R3 são amplos e sinergisticos. Há uma enorme perspectiva em desvendar o papel do glutamato e TolB no controle de fitopatógenos. Os mutantes caracterizados, pode ser fonte de novos estudos para o complexo entendimento da interação microrganismo-planta-patógeno, visto que há a possibilidade de verificar por exemplo o papel do glutamato proveniente da linhagem TC3.4.2R3 na promoção de crescimento vegetal.In modern agriculture, alternative ways of achieving high productivity with sustainability are priority. However, agricultural success is still excessively dependent on the use of chemical fertilizers and pesticides. The severity of some diseases are worrying factor in the production of differents crops. Among plant pathogens, the genus Fusarium stands out, which has an important role in agriculture being disease causer in several crops such as: sugarcane, corn, passion fruit, tomato, banana, rice, and others. Fusarium can be found inhabiting soil in the most diverse geographical regions of the world, especially in tropical and subtropical climates. On the other hand, studies using endophytic microorganisms as biocontrol agents has become increasingly attractive, since they appear as an alternative to chemical control. Among these microorganisms, the genus Burkholderia stands out. This genis is able to produce a wide range of antimicrobials, with different levels of specificity. Moreover, Burkholderia has been received special attention because its potential plant growth promoter, bioremediation agents and recent studies aimed at biocontrol of diseases. These bacteria live in interactions with diverse microorganisms and plants in a highly competitive environment representing significant source of new bioactive secondary metabolites, bacteriocins among other pepitides. The B. seminalis strain TC3.4.2R3, endofitically isolated from sugarcane roots, is able to control diverse phytopathogenic fungi and bacteria. By Tn5 randomic mutations, it was obtained a library of TC3.4.2R3 mutantes. Thus, using this library, the objective of this work was select defective mutants to control of Fusarium spp., with the aimed the better understand the fusariose control by identificayion and characteriazation of knockouted genes. The results obtained through the characterization of the antagonism assays allowed us to conclude that wild-type TC3.4.2R3 produces many metabolites with antifungal activity under in vitro conditions, being able to control the growth Fusarium spp. From the mutants library we found 8 defectives mutants to control of F. verticilioides FV-01-CTC. Among the knockouted genes we found sequences enconding glutamato syntase, TolB and FAD. To date no reports have been found on glutamate as a pathogen biocontroller, however the use of mutant site directed to this gene confirmed the role of the same in the control of FV-01-CTC. TolB is a protein related to the transport of substances and may have its biocontrol role related to the secretion of secondary metabolites, since in silico analisys in the genome of TC3.4.2R3, 18 clusters were found as responsible for the production of secondary metabolites. Thus, the present work opens new perspectives of study, confirming that the mechanisms of control of fusariosis by B. seminalis TC3.4.2R3 are ample and synergistic. There is a huge prospect in unraveling the role of glutamate and TolB in controlling of plant pathogens. The characterized mutants may be the source of new studies for understanding the complex interaction among microorganism-plant-pathogen, since it is possible to verify, for example, the role of glutamate from the TC3.4.2R3 strain in the plant growth-promotion