Root exudates as regulators of plant colonization by Methylobacterium spp. and Methylorubrum extorquens.

O gênero Methylobacterium pode estabelecer associações epifíticas ou endofíticas com diferentes espécies vegetais. Para o estabelecimento dessa interação, ocorre uma comunicação química coordenada entre as partes, em que os exsudatos da planta hospedeira provavelmente desempenham um papel fundamental. Estudos anteriores, mostraram que a linhagem M. mesophilicum SR1.6/6 apresenta maior crescimento na presença de exsudatos vegetais, induzindo uma alteração no padrão da expressão de genes possivelmente envolvidos na colonização (atividade catalítica, formação de biofilme, metabolismo primário e genes envolvidos em resposta antioxidante). No entanto, o papel dos exsudatos vegetais, durante a interação com Methylobacterium, ainda não é bem entendido. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de exsudatos radiculares de plântulas de soja (Glycine max) e milho (Zea mays) no estabelecimento da interação com Methylobacterium spp. e Methylorubrum extorquens. Assim, foram desenhados primers específicos para 3 linhagens de Methylobacterium e uma linhagem de Methylorubrum extorquens, com a finalidade de quantificar cada uma das linhagens no solo e na raiz de plântulas de soja e milho por qPCR. Além disso, foi feita a identificação dos exsudatos vegetais durante a interação com Methylobacterium por GC-MS e a influência dos exsudatos vegetais na formação de biofilme também foi avaliada. Deste modo, foi observado que as linhagens AR1.6/2 (M. extorquens) e MP2-3 (M. hispanicum), quando inoculadas individualmente, sobreviveram no solo por até 90 dias. Enquanto as linhagens SR1.6/6 (M. mesophilicum) e R16E (M. fujisawaense) apresentaram menor taxa de sobrevivência no mesmo período avaliado, ademais foi visto que no consórcio bacteriano, só a linhagem MP2-3 sobreviveu no solo. Nos experimentos de interação, foi observado que a linhagem SR1.6/6, inoculada individualmente apresentou maior abundância nas raízes de plântulas de soja, e quando inoculada no consórcio, apresentou menor abundância. Em raiz de milho, a abundância das bactérias não diferiu significativamente. A partir das análises de GC-MS, foi observado que plântulas de soja e milho apresentaram perfis diferenciados, sendo que plântulas de milho mostraram maior porcentagem de carboidratos (16%) e ácidos orgânicos (7%), em relação aos exsudatos de plântulas de soja, que apresentaram 14% de carboidratos e 2% de ácidos orgânicos. Durante a interação, houve um aumento na abundância relativa de carboidratos, ácidos orgânicos e aminoácidos tanto em plântulas de soja como de milho. Por último, foi evidenciado que os exsudatos de plântulas de milho induziram a formação de biofilme bacteriano. Os resultados obtidos neste trabalho, evidenciam a influência dos exsudatos na seleção de linhagens específicas de Methylobacterium e ou Methylorubrum, mediante a disponibilização de fontes específicas de carbono. Além disso, é possível sugerir que o sucesso da colonização da planta por Methylobacterium é dependente do metabolismo dessas fontes de nutrientes.The genus Methylobacterium can establish epiphytic or endophytic associations with different plant species. For the establishment of interaction, chemical communication between plant and bacteria take place, in this communication the root exudates probably play a key role. Previous studies showed that the strain M. mesophilicum SR1.6/6 increased their development in root exudates and the expression of colonization related genes (catalytic activity, biofilm formation, primary metabolism and antioxidant genes). However, the importance and functions of plant root exudates during interaction with Methylobacterium are not well understood. Therefore, this work aims to determinate the role of soybean (Glycine max) and corn (Zea mays) seedling root exudates in the establishment of interaction with Methylobacterium spp. and Methylorubrum extorquens. Thus, specific primers were designed for three Methylobacterium spp. strains and one Methylorubrum extorquens strain. These primers were used for the strains quantification in soil and seedlings roots (soybean and corn) by qPCR. Additionally, the composition of seedlings roots in interaction with Methylobacterium were identified by GC-MS and the influence of exudates in biofilm formation were evaluated. Thus, it was observed that the strains AR1.6/2 (M. extorquens) and MP2-3 (M. hispanicum) when inoculated individually survived in the soil for up to 90 days, while the strains SR1.6/6 (M. mesophilicum) and R16E (M. fujisawaense) showed a low survival. In bacterial consortia, only MP2-3 strain was survived for 90 days in soil. In the interaction experiments was evidenced that SR1.6/6 strain when inoculated individually had the biggest abundance in soybean roots but in consortia had the lowest. In corn root, the abundance of bacteria didnt differ significantly. From GC-MS analyzes, was observed that soybean and corn seedlings presented different profiles, and corn seedlings showed a higher percentage of carbohydrates (16%) and organic acids (7%), in comparison with soybean, which presented 14% of carbohydrates and 2% of organic acids. During interaction, carbohydrates, organic acids and amino acids percentages increased in soybean and corn seedlings. Finally, it was evidenced that corn seedling exudates induced the bacterial biofilm formation. The results obtained in this work show the influence of exudates in the selection of specific strains of Methylobacterium and or Methylorubrum, by providing specific carbon sources, and its suggested that the success of plant colonization by Methylobacterium is dependent on the metabolism of these nutrient sources