Avaliação da promoção de crescimento vegetal, controle de fitopatógenos pelo Bacillus toyonensis BAC 3151 e caracterização do plasmídeo pBt52 | Evaluation of plant growth promotion, control of phytopathogens by Bacillus toyonensis BAC 3151 and characterization of plasmid pBt52

O feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris L.) é uma cultura de grande importância econômica para o Brasil, sendo o país o maior produtor. Além desse cenário, o feijão é um grão importante para o consumo humano. O aumento da produtividade e redução dos custos de produção tem sido associados com o uso de micro-organismos que possam ser integrados ao manejo. Alguns micro-organismos podem promover o crescimento das plantas por mecanismos diretos e indiretos como, por exemplo, fixação de nitrogênio, produção de sideróforos, solubilização de fosfato, produção de compostos orgânicos voláteis, produção de enzimas hidrolíticas e controle de patógenos. O feijoeiro comum, assim como os demais vegetais, também é colonizado por micro-organismos endofíticos e por micro-organismos fitopatogênicos. Estudos sobre a diversidade tanto de fungos quanto de bactérias endofíticas cultiváveis do feijoeiro já foram realizados. A diversidade de bactérias endofíticas foi mapeada em três cultivares de P. vulgaris e apresentou diferenças de distribuição entre as classes Actinobacteria, Alphaproteobacteria e Bacilli. Na classe Bacilli foi isolada uma cepa de Bacillus toyonensis, que apresenta um repertório de genes para a produção de vários antimicrobianos, como por exemplo as bacteriocinas. Alguns desses genes de bacteriocinas foram localizados em um plasmídeo pBt52 da bactéria B. toyonensis BAC 3151 que foi caracterizado e explorado. O perfil de plasmídeos de B. toyonensis BAC 3151 foi analisado neste estudo, a fim de atribuir as funções biológicas desconhecidas, pois muitos plasmídeos controlam propriedades importantes, tais como, resistência a antibióticos, utilização de fontes de carbono alternativas e produção de antimicrobianos. Neste estudo foi confirmada a presença do plasmídeo e foram caracterizados todos os genes. O plasmídeo pBt52 transporta gene que codifica bacteriocina, um gene que confere resistência ao antibiótico teicoplanina e vários genes responsáveis pela manutenção e mecanismos de conjugação deste plasmídeo. Além disso, foi avaliado se B. toyonensis BAC 3151 poderia promover o crescimento vegetal de plantas de feijoeiro, por ser um micro- organismos endofítico. O B. toyonensis BAC 3151 apresentou a capacidade de fixar nitrogênio, produzir diversas enzimas hidrolíticas (quitinase, protease e amilase) e compostos orgânicos voláteis, e também promoveu um aumento de 31,5 % e 33,6 % do comprimento das raízes e da massa seca das raízes do feijoeiro, respectivamente. Além disso, apresentou 95,2 % e 87,5 % de atividade de antagonismo in vitro e in vivo ao patógeno Sclerotinia sclerotiorum, reduziu a severidade da antracnose no feijoeiro, causada pelo Colletotrichum lindemuthianum, em 39,3 % e não apresentou atividade de antagonismo ao Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli. Portanto, neste trabalho foi demonstrado os benefícios dessa interação hospedeiro-endófito, na qual o B. toyonensis BAC 3151 tem potencial no controle de doenças fúngicas e de promover o crescimento do feijoeiro. Palavras-chave: Bacillus toyonensis BAC 3151. Promoção de crescimento. Plasmídeo. Micro-organismos. Controle biológico.

Common bean (Phaseolus vulgaris L.) is a crop of great economic importance to Brazil, being the country the largest producer. In addition to this scenario, beans are an important grain for human consumption. Increased productivity and reduced production costs have been associated with the use of microorganisms that can be integrated with management. Some microorganisms can promote plant growth through direct and indirect mechanisms such as nitrogen fixation, siderophores production, phosphate solubilization, production of volatile organic compounds, production of hydrolytic enzymes and pathogen control. Common bean, like other vegetables, is also colonized by endophytic microorganisms and phytopathogenic microorganisms. Studies on the diversity of both fungus and cultivable endophytic bacteria in bean plants have already been carried out. The diversity of endophytic bacteria was mapped in three cultivars of P. vulgaris and presented distribution differences between the classes Actinobacteria, Alphaproteobacteria and Bacilli. In the Bacilli class, a strain of Bacillus toyonensis was isolated, which has a gene repertoire for the production of various antimicrobials, such as bacteriocins. Some of these bacteriocin genes were located in a pBt52 plasmid of the bacterium B. toyonensis BAC 3151 that was characterized and explored. The plasmid profile of B. toyonensis BAC 3151 was analyzed in this study to attribute unknown biological functions because many plasmids control important properties such as antibiotic resistance, use of alternative carbon sources and antimicrobial production. In this study the presence of the plasmid was confirmed and all genes were characterized. Plasmid pBt52 carries a gene that encodes bacteriocin, a gene that confers resistance to the teicoplanin antibiotic, and several genes responsible for the maintenance and conjugation mechanisms of this pBt52 plasmid. In addition, it was evaluated whether B. toyonensis BAC 3151 could promote plant growth of common bean plants as an endophytic microorganism. B. toyonensis BAC 3151 showed the ability to fix nitrogen, produce various hydrolytic enzymes (chitinase, protease and amylase) and volatile organic compounds, and also promoted an increase of 31.5% and 33.6 % of root length and dry mass of common bean roots, respectively. In addition, it presented 95.2% and 87.5% antagonism activity in vitro and in vivo to the pathogen Sclerotinia sclerotiorum. It reduced the severity of anthracnose in common bean caused by Colletotrichum lindemuthianum by 39.3% and showed no antagonistic activity to Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli. Therefore, this work demonstrated the benefits of this host-endophyte interaction, in which B. toyonensis BAC 3151 has the potential to control fungal diseases and promote bean growth. Keywords: Bacillus toyonensis BAC 3151. Microorganisms. Biological control. Growth promotion. Plasmid.

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