Plantas e Bactérias Promotoras de Crescimento

ISSN 1517-8498Dezembro, 2010 270

Interao entre plantas ebactrias promotoras docrescimento vegetal


Embrapa AgrobiologiaSeropdica, RJ2010

ISSN 1517-8498Dezembro, 2010

Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuriaEmbrapa AgrobiologiaMinistrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento

Documentos 270

Patrcia Gonalves GalvoSegundo UrquiagaMrcia Soares VidalJos Ivo Baldani

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Comit de PublicaesPresidente: Norma Gouva RumjanekSecretria-Executivo: Carmelita do Esprito SantoMembros: Bruno Jos Alves, Ednaldo da Silva Arajo, GuilhermeMontandon Chaer, Jos Ivo Baldani, Luis Henrique de Barros Soares

Normalizao bibliogrfica: Carmelita do Esprito SantoTratamento de ilustraes: Maria Christine Saraiva BarbosaEditorao eletrnica: Marta Maria Gonalves BahiaFoto da capa: representao esquemtica de Patrcia Galvo ePricles Galisa adaptada de HARDOIM et al., 2008

1a edio1a impresso (2010): 50 exemplares

Todos os direitos reservadosA reproduo no-autorizada desta publicao, no todo ou emparte, constitui violao dos direitos autorais (Lei no 9.610).

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)Embrapa Agrobiologia

INTERAO entre plantas e bactrias promotoras docrescimento vegetal. / Patrcia Gonalves Galvo et al.Seropdica: Embrapa Agrobiologia, 2010. 63 p. EmbrapaAgrobiologia. Documentos, 270). ISSN: 1980-3075 1. Interao planta-bactria. 2. Bactria endoftica.I. Galvo, Patrcia Gonalves. II. Urquiaga, Segundo.III. Vidal, Mrcia Soares. IV.Baldani, Jos Ivo. V. EmbrapaAgrobiologia. VI. Srie.

571.82CDD 23 ed.

Embrapa 2010

Autores

Patrcia Gonalves GalvoDoutoranda do curso de Ps-graduao emFitotecnia - UFRRJ.

Segundo UrquiagaPesquisador da Embrapa Agrobiologia, Seropdica,RJ. E-mail: [email protected]

Mrcia Soares VidalPesquisadora da Embrapa Agrobiologia, Seropdica,RJ. E-mail: [email protected]

Jos Ivo BaldaniPesquisador da Embrapa Agrobiologia, Seropdica,RJ. E-mail: [email protected]

Apresentao

As atitudes de usar com responsabilidade os recursos naturais (solo, gua,ar, flora, fauna, energia), de preservar e conservar a natureza so cada vezmais necessrias para a sociedade moderna acarretando em uma buscaconstante por sistemas de produo agropecurios apoiados em princpiosecolgicos e naturais.

Dentro desse cenrio, a Embrapa Agrobiologia construiu o seu atual planodiretor de pesquisa, desenvolvimento e inovao, com a seguinte misso:gerar conhecimentos e viabilizar tecnologias e inovao apoiados nosprocessos agrobiolgicos, em benefcio de uma agricultura sustentvel paraa sociedade brasileira.

A srie documentos n 270 apresenta o potencial e os mecanismosenvolvidos nas interaes entre plantas e bactrias promotoras docrescimento vegetal. A busca por insumos biolgicos que possam substituir,parcial ou integralmente, os agroqumicos, uma das grandes vertentes depesquisa na rea da agricultura. O uso desses mecanismos naturais achave para manter a produtividade reduzindo os impactos negativos sobre oambiente. O presente documento mostra como atuam microrganismos compotencial de uso biotecnolgico, como no caso das bactrias promotoras docrescimento, as diversas formas interao e em que partes das plantas se

do os estmulos. As informaes contidas nesta reviso podem ser degrande utilidade para estudantes, tcnicos e pesquisadores interessados natemtica.

Eduardo Francia Carneiro CampelloChefe Geral da Embrapa Agrobiologia

Sumrio

As plantas como habitats dos microrganismos ............... 9Locais endofticos ........................................................................... 10Locais no-endofticos .................................................................. 12

A interao planta-microrganismos ............................. 15Interaes bacterianas deletrias .................................................... 15

Bactrias promotoras do crescimento vegetal .............. 16

Promoo do crescimento vegetal por bactrias ........... 17

Mecanismos direto de promoo do crescimento vegetal ... 19Promoo do crescimento vegetal atravs daproduo de fitormnios .................................................................. 19Promoo do crescimento vegetal atravs do aumentoda disponibilidade de nutrientes ..................................................... 30

Mecanismos de promoo indireta do crescimento vegetal . 34Biocontrole de fitopatgenos ........................................................... 34Antibiose ..................................................................................... 34Resistncia Sistmica Induzida ...................................................... 36Competio ................................................................................. 36

Consideraes finais ................................................. 37

Referncias Bibliogrficas ......................................... 38


Patrcia Gonalves GalvoSegundo UrquiagaMarcia Soares VidalJos Ivo Baldani

As plantas como habitats dosmicrorganismos

Existem diversas bactrias que se associam com plantas, e cada uma delaspode afetar de maneira diferente a vida do vegetal, suas caractersticasgenotpicas e fenotpicas (BEATTIE, 2006). A maioria da pesquisarelacionada associao planta-bactria est focada nos fitopatgenos enas bactrias diazotrficas (fixadoras de nitrognio). Muitosmicrorganismos associados a plantas, at mesmo aqueles quecompreendem apenas uma pequena proporo da comunidade, podem terfunes de importncia ambiental e agronmica. Avanos tcnicos naavaliao da ecologia e gentica microbiana foram fundamentais paraampliar o entendimento da estrutura e dinmica destas comunidadesmicrobianas e a base molecular das interaes planta-microrganismo emicrorganismo-microrganismo (PINTON et al., 2001).

Os procariotos dominam numericamente a maioria das comunidadesmicrobianas nas plantas. Estes procariotos, coletivamente chamados porbactrias, podem atingir densidades de at 109 clulas por grama de tecidoradicular. A microflora eucaritica pode incluir fungos filamentosos,leveduras, algas, protozorios e nematides, entretanto, em uma magnitudemuitas ordens de grandeza inferior do que os procariotos (BEATTIE, 2006).

10 Interao entre plantas e bactrias promotoras do crescimento vegetal

As plantas oferecem uma ampla variedade de habitats que favorecem ocrescimento microbiano. Esses habitats incluem aqueles locais mais midosda planta e mais ricos em nutrientes, bem como aqueles ambientes pobresem nutrientes e expostos a condies ambientais de estresse. A superfcie desementes, razes, folhas e frutos freqentemente abrigam amplas e diversascomunidades bacterianas, enquanto as flores, caules, tecidos vasculares eespaos intercelulares dentro dos tecidos vegetais normalmente suportamuma comunidade bacteriana limitada (BEATTIE, 2006).

Locais endofticosOs stios endofticos incluem quaisquer regies internas epiderme daplanta, embora o sistema vascular normalmente seja consideradoseparadamente. Os microrganismos endofticos so normalmenteencontrados nos espaos intercelulares, que compreendem uma fraosignificativa dos tecidos das razes e folhas. Por exemplo, os espaos entreas clulas corticais radiculares podem abranger at 30% do volume da raiz,e aqueles entre as clulas do mesfilo foliar at 70% do volume da folha(GARBEVA et al., 2001). Nesses locais endofticos, as bactrias podemacessar os nutrientes e a gua mais facilmente se comparados queles quecolonizam apenas a superfcie, alm de serem menos afetadas pelasflutuaes ambientais. As bactrias podem penetrar nas plantas atravs deleses na epiderme ou emergncia da radcula ou das razes laterais, ouainda atravs de aberturas naturais como os estmatos, lenticelas ehidatdios (HALLMAN, 2001) (Fig. 1).

Os microrganismos que alcanam as regies intercelulares se deparam como sistema de defesa da planta, ativado quando as bactrias se aproximamdas clulas. Algumas bactrias simbiticas desenvolveram mecanismos deentrada sofisticados, como direcionar a planta a formar um canal -chamado canal de infeco - que promove a sua penetrao nos tecidosvegetais (BEATTIE, 2006). Outras bactrias endofticas liberam enzimashidrolticas (celulase ou pectinase) que auxiliam na penetrao atravs dasrazes (HALLMAN, 2001).

11Interao entre plantas e bactrias promotoras do crescimento vegetal

Tecidos vascularesOs dois componentes do sistema vascular da planta - o xilema e o floema -oferecem habitats distintos para a colonizao microbiana.

Os vasos do xilema funcionam no transporte de gua e minerais e,portanto, contm uma soluo altamente diluda de minerais e compostosorgnicos. Os vasos consistem de clulas mortas que no contmcitoplasma, com parede celular lignificada e poros de aberturas laterais.Algumas bactrias que colonizam o xilema podem viver apenas de seusnutrientes, exibindo necessidades complexas para seu crescimento eindicando um alto nvel de adaptao a esse habitat, enquanto outras sedesenvolvem a partir dos nutrientes que so liberados com a destruio daparede celular desses vasos (BEATTIE, 2006).

Fig. 1. Diferentes processos de colonizao da raiz. As bactrias endofticas formam

micro-colnias na superfcie das razes e podem penetr-las atravs de ferimentos

naturais ou de rachaduras que se formam na coifa ou em locais de emergncia das

razes laterais. Representao esquemtica de Patrcia Galvo e Pricles Galisa

adaptada de HARDOIM et al., 2008.


Em contraste, o floema transporta acares dos tecidos fotossinticos at asrazes e demais rgos de reserva da planta e contm uma alta concentraode sacarose em seu interior. O floema consiste de clulas vivas, incluindo seuselementos de tubo crivado e a sua associao com as clulas companheiras,que carregam a sacarose para dentro do tubo crivado. As placas entre tuboscrivados adjacentes possuem poros que permitem a passagem bacteriana. Asbactrias que podem colonizar o floema so altamente adaptadas a estehabitat, comprovado pela baixa taxa de cultivo desses organismos (BEATTIE,2006). Acredita-se que todos esses colonizadores sejam patgenos, queganham acesso ao floema principalmente pela transmisso atravs de insetosque se alimentam de seiva ou por prticas de cultivo, como a enxertia, queenvolvem o corte das hastes.

EspermosferaA espermosfera a zona influenciada pela semente; normalmente seestende de 1 a 10 mm a partir da superfcie da semente. Os nutrientes quefavorecem os microrganismos so liberados quando a semente germina,onde a maior liberao de nutrientes se d a partir da extremidade doembrio, e quando as sementes se racham ou se danificam. As bactriasque estabelecem populaes nas sementes podem colonizar as razesenquanto elas emergem (NELSON, 2004).

Locais no-endofticosFilosferaNeste trabalho, o termo filosfera refere-se superfcie de todas as regiesexternas da planta que esto acima do solo, incluindo folhas, caules, florese frutos (LINDOW e BRANDL, 2003). As folhas so os tecidos dominantesna filosfera, devido rea de superfcie disponvel para a colonizao. Esteambiente est sujeito a grandes e rpidas flutuaes na temperatura,radiao solar e disponibilidade de gua. Essas mudanas nas condiesambientais so de alguma forma, tamponadas pela camada limite - umacamada de ar que envolve a folha, mesmo assim a pode-se verificaralterao no perfil da comunidade microbiana presente neste rgo quandosujeito a este tipo de mudana ambiental (O'BRIEN e LINDOW, 1989;LINDOW e BRANDL, 2003; HIRANO e UPPER, 2006; KADIVAR eSTAPLETON, 2006).


A comunidade microbiana da filosfera muito diversa, sendo composta porvrios gneros de bactria, fungos filamentosos, leveduras, algas e, emalgumas situaes, pode contar com apresena de protozorios enematdeos (MORRIS et al., 2002; LINDOW e BRANDL, 2003; WHIPPS etal., 2008). Dentre estes microrganismos, as bactrias so as maisnumerosas, estando na faixa de 102 a 1012 clulas por grama de folhas(THOMPSON et al., 1993; LEGARD et al., 1994; ANDREWS e HARRIS,2000; INACIO et al., 2002) e, mais diversas, apresentando variaes deacordo com a espcie da planta, a fisiologia, a idade e as condiesambientais (OLIVEIRA et al., 1991). Contudo, apesar da grande diversidadede bactrias presentes na filosfera, esta janela de observao encontrava-se restrita s espcies cultivveis; no entanto, o emprego de metodologiasque no envolvem o cultivo tem revelado que a diversidade bacteriana nafilosfera muito maior (YANG et al., 2001; LAMBAIS et al., 2006;JACKSON et al., 2006; RASCHE et al., 2006; REITER e SESSITSCH,2006; REDFORD et al., 2010).

Baldotto e Olivares (2008) ao avaliarem a estrututra da comunidadebacteriana filoepiftica de 47 espcies de vegetais pertencentes a 27 famliasbotnicas em um agro-ecossitema tropical por microscopia conseguiramobservar stios preferenciais para a colonizao (juno das clulasepidrmicas, tricomas, estomatos e superfcie de clulas epidrmicas) etraar um paralelo entre estruturas anatmicas presentes nas folhas e oestabalecimento da colonizao. Os autores enfatizaram que a existncia deum perfil de colonizao filoepiftica favorvel quando existiam elevadadensidade de tricomas, ao passo que, a presena de cera epicuticulardesfavorecia a colonizao. Mansvelt e Hattingh (1987) empregandomicroscopia eletrnica de varredura tambm observaram a presena demassas de clulas bacterianas tanto na base de tricomas quanto nosestmatos. Resultados semelhantes j foram observados por outros autorespara espcies vegetais de clima temperado (KRIMM et al., 2005).

As flores e frutos so ambientes nicos para o desenvolvimentomicrobiano. As flores possuem vida curta, contm nctar rico em acar eso atrativas para insetos - excelentes vetores de bactrias, j os frutos


geralmente apresentam uma cutcula grossa na sua epiderme, o queprovavelmente minimiza o escape de gua e nutrientes para sua superfciee, com isso acaba por controlar a comunidade de bactrias neste rgo(BEATTIE, 2006; BALDOTTO E OLIVARES, 2008).

RizosferaA rizosfera o compartimento do solo ao redor das razes que est sob suainfluncia (KENNEDY, 2005). Lorenz Hiltner foi o primeiro pesquisador a usaresta definio, mas desde ento, alguns cientistas adotam uma definiomais expandida, incluindo as bactrias do rizoplano (superfcie das razes edas partculas de solo fortemente aderidas a ela) (ANTOUN e PRVOST,2005) e as bactrias de dentro das razes (endofticas) (NEHL et al., 1997).

O crescimento das razes mudam as propriedades fsicas e qumicas do soloao redor, incluindo a composio orgnica, o potencial hdrico, o pH e asalinidade (HASEGAWA et al., 2005). Enquanto a maioria dos solos limitada em nutrientes, a rizosfera representa uma regio de altacomposio nutricional. As razes das plantas transferem para o solo muitosexsudados, secrees e compostos liberados pela lise de clulas (DEWEGER et al., 1987; JONES et al., 2003; SOMERS et al., 2004). Oprincipal componente das secrees das razes a mucilagem, que contmpolissacardeos hidratados, cidos orgnicos, vitaminas e aminocidos. Amucilagem adere gua, ajudando a formar um ambiente altamentehidratado para as razes e os microrganismos rizosfricos. Durante ocrescimento da raiz, a coifa continuadamente descama clulas perifricas,que secretam grande quantidade de mucilagem para lubrificar as razes,quando aps trs semanas, aproximadamente, elas morrem e se lisam.Essas clulas so a principal fonte de mucilagem e lisados disponvel para ascomunidades de microrganismos da rizosfera. Alm disso, devido difusode nutrientes para fora das clulas e o movimento de sais e minerais paradentro, formam-se gradientes qumicos ao redor da raiz que criam umafaixa de habitats microbianos distintos (NEUMANN e RMHELD, 2002).

Toda essa rizodeposio promove a abundncia microbiana e a atividade narizosfera, que pode ser caracterizada como o habitat microbiano do solo mais


ativo (BURDMAN et al., 2000; LUCY et al., 2004; SMALLA et al., 2006;DOBBELAERE e OKON, 2007; HARTMANN et al., 2008). Na verdade, jforam descritas diversas interaes bioqumicas e trocas de sinaismoleculares entre plantas e microrganismos do solo (PINTON et al., 2001).

A interao planta-microrganismo

A interao de bactrias com as plantas pode ter um efeito neutro, quandoo crescimento vegetal no afetado. No entanto quando ocorre ainfluncia de forma prejudicial, a interao classificada como deletria.Quando ocorre uma melhora no crescimento, a interao classificadacomo benfica, como por exemplo as bactrias promotoras do crescimento.Essas duas classificaes sero discutidas com maior detalhe a seguir.

Interaes bacterianas deletriasO termo "bactrias deletrias" foi proposto por Suslow e Schroth (1982) erefere-se bactrias que inibem ou prejudicam o crescimento e odesenvolvimento vegetal sem causar sintomas aparentes de doena(SCHIPPERS et al., 1987; NEHL et al., 1997). Essas bactrias podem inibiro crescimento das plantas atravs de trs principais mecanismos: produode metablitos txicos - como cianeto (ALSTRM e BURNS, 1989;KREMER e SOUISSI, 2001); produo de fitotoxinas (SCHIPPERS et al.,1988; ALSTRM e BURNS, 1989; BOLTON e ELLIOTT, 1989) ou produode altas concentraes de fitormonios (ARSHAD e FRANKENBERGER,1998; PERSELLO-CARTIEAUX et al., 2003). Alm disso, as bactriastambm podem aumentar os efeitos de patgenos (SUSLOW e SCHROTH,1982; PRESTON, 2004) ou atenuar os efeitos benficos de outrosmicrorganismos como, por exemplo, os fungos micorrzicos (SCHIPPERS, etal., 1987; NEHL et al., 1996). As plantas no so parasitadas e o tecidovascular no penetrado, mas a superfcie das sementes, plos radicularese coifa so colonizados externamente. Elas tambm colonizam a plantaendofiticamente, sendo encontradas nos espaos intercelulares abaixo daepiderme, e nos espaos intracelulares das clulas corticais da raiz(SCHIPPERS et al., 1987; HALLMAN, 2001).


Durante a ltima dcada o potencial das bactrias deletrias em ajudar acontrolar ervas daninhas tem sido amplamente estudado (KREMER eKENNEDY, 1996; LI e KREMER, 2000; KREMER e LI, 2003). Entretanto,para ilustrar apenas um desafio na efetiva explorao dessas bactriasnesse controle, tem-se o exemplo das bactrias do gnero Pseudomonas.Elas esto comumente entre os isolados considerados deletrios,entretanto, indivduos isolados mostraram promoo do crescimentovegetal sob condies especficas ou em um gentipo hospedeiro emparticular, mas suprimiram essa promoo sob outras condies e emoutros gentipos (NEHL et al., 1996).

Kloepper (2003) questionou o conceito e a natureza dessas bactriasdeletrias uma vez que as condies experimentais que levaram a suadefinio no seriam encontradas na natureza, como a falta de competiocom as bactrias da rizosfera e nativas do solo e o uso de altasconcentraes de bactrias inoculadas. Apesar de outros autores tambmconcordarem com esta contestao (HAAS e DEFAGO, 2005), a literaturacontinua a admitir a presena e a influncia das bactrias deletrias nasinteraes planta-microrganismo (BERGGREN et al., 2005).

Bactrias promotoras docrescimento vegetal

As bactrias benficas promovem o crescimento das plantas, seja atravsdo aumento da disponibilidade de nutrientes, da produo de fitormnios oureduzindo os efeitos negativos de patgenos (BLOEMBERG e LUGTENBERG,2001; VESSEY, 2003). Esses organismos so tambm chamados debactrias promotoras do crescimento vegetal (PGPB - plant growth-promoting bacteria) (KLOEPPER e SCHROTH, 1978; BURDMAN et al.,2000; STEENHOUDT e VANDERLEYDEN, 2000; KLOEPPER, 2003; LUCYet al., 2004; DOBBELAERE e OKON, 2007). As PGPBs so consideradasbiofertilizantes, quando promovem o crescimento vegetal especificamenteatravs do aumento da disponibilidade de nutrientes ou do acesso a elespela planta, como atravs do incremento da rea superficial da raiz(SOMERS et al., 2004). Por outro lado, quando promovem o crescimento


atravs do controle de organismos deletrios, so comumente designadosagentes de controle biolgico ou biopesticidas (HOLGUIN, 1998; SOMERSet al., 2004).

As PGPBs mais conhecidas incluem membros do gnero Azospirillum,Bacillus, Paenibacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Klebsiella,Burkholderia, Serratia, Gluconacetobacter, Herbaspirillum, Azoarcus eArthrobacter, sendo que algumas delas so encontradas na superfcie dasrazes, enquanto outras, invadem os tecidos das plantas sem causarsintomas aparentes de doena, neste caso sendo conhecidas comoendofticas (DOBEREINER, 1992; STURZ e NOWAK, 2000; ROSENBLUETHe MARTINEZ-ROMERO, 2006; HARDOIM et al., 2008).

Um dos mecanismos de ao das PGPBs mais importantes e estudados osuprimento de nitrognio para as plantas atravs da fixao biolgica denitrognio (FBN). Este um dos mais importantes processos conhecidos nanatureza, sendo realizado apenas por microrganismos procariotos, ditosdiazotrficos, que so capazes de reduzir o N2 atmosfrico tornando-oassimilvel. Desde 1893, ano em que a primeira bactria diazotrfica foidescrita, diversos estudos sobre o tema foram realizados (REIS et al.,2006). Apesar da sua importncia, a FBN no ser o foco principal destareviso onde, nos tpicos a seguir, sero discutidos alguns dos outrosmecanismos promotores de crescimento vegetal pelas PGPBs.

Promoo do crescimento vegetalpor bactrias

O modo de ao das PGPBs pode ser dividido em mecanismos quediretamente beneficiam o crescimento das plantas e mecanismos queindiretamente promovem o crescimento vegetal (GLICK et al., 1998;GLICK et al., 1999; PERSELLO-CARTIEAUX et al., 2003; MANTELIN eTOURAINE, 2004; SPAEPEN et al., 2009) (Fig. 2).

A promoo indireta ocorre quando PGPBs promovem o crescimentovegetal atravs do aperfeioamento de condies restritas de crescimento


(GLICK et al., 1999), enquanto na promoo direta, geralmente estenvolvido o fornecimento de algum composto que sintetizado pelabactria e que facilita a captao de nutrientes pela planta ou otimiza oprocesso biolgico associado com o crescimento vegetal.

Muitos esforos tm sido feitos nas ltimas duas dcadas para elucidar osmecanismos diretos e indiretos atravs dos quais as PGPBs melhoram ocrescimento das plantas (SPAEPEN et al., 2009). Alguns desses processossero discutidos com mais detalhes nos prximos tpicos.

Fig. 2. Diferentes formas de promoo do crescimento vegetal. As bactrias em

associao com as plantas podem promover o crescimento vegetal (1) atravs do

aumento da disponibilidade de elementos para o vegetal, como por exemplo, o

nitrognio atmosfrico atravs da fixao biolgica, e Fe e P atravs da solubilizao

desses nutrientes antes indisponveis para a planta; (2) atravs da produo de

fitormnios, como auxinas, citocininas e giberelinas; ou (3) atravs da atividade da

ACC deaminase que reduz os nveis de etileno induzidos por estresse. As bactrias

tambm podem beneficiar as plantas indiretamente, competindo com patgenos e

reduzindo seu crescimento e/ou atividade. Representao esquemtica de Patrcia

Galvo e Pricles Galisa, adaptada de WEYENS et al., 2009.


Mecanismos direto de promoodo crescimento vegetal

Existem diversas maneiras pelas quais as bactrias podem facilitardiretamente o desenvolvimento de suas plantas hospedeiras. A produo defitormnios e o melhoramento na nutrio vegetal so os dois mecanismosproeminentes cujas PGPBs contribuem diretamente para o crescimentovegetal (BROWN, 1974; DAVISON, 1988; KLOEPPER et al., 1989;LAMBERT e JOOS, 1989; PATTEN e GLICK, 1996; GLICK et al., 1999).Essa melhora na nutrio vegetal promovida pelas PGPBs se dprincipalmente por um aumento na captao de fsforo atravs dasolubilizao de fosfatos inorgnicos e na captao de ferro atravs daproduo de siderforos (GLICK et al., 1999; PODILE e KISHORE, 2006).

Uma bactria pode afetar o crescimento vegetal atravs de um ou maismecanismos, e tambm pode utilizar diferentes habilidades para apromoo do crescimento durante perodos diferentes do ciclo da planta(NAVEED et al., 2008).

Promoo do crescimento vegetal atravs daproduo de fitohormoniosA produo de substncias promotoras do crescimento vegetal pelas bactriasj foi relatada para muitas espcies bacterianas e a hiptese de que estaproduo contribui para os efeitos promotores do crescimento vegetal dealgumas bactrias j foi lanada h mais de 50 anos (BAREA et al., 1976).

As diferentes substncias produzidas pelas PGPBs podem induzir mudanasna morfologia ou fisiologia das razes que aumentam sua rea superficial etaxa de respirao, desta forma, influenciando a captao de nutrientes e ocrescimento vegetal (BEATTIE, 2006).

As plantas sintetizam diversos hormnios, que agem como mensageirosqumicos para regular o crescimento, o desenvolvimento e a diferenciaodas clulas e tecidos. Portanto, mudanas na concentrao dosfitorhormnios alteram o crescimento e desenvolvimento da planta tanto


com efeitos positivos ou negativos (SPAEPEN, 2009). Embora osfitormnios tenham sido estudados extensivamente ao longo de muitosanos, o modo de ao exato de algumas molculas nas plantas ainda no muito claro.

comumente aceito a existncia de cinco classes principais de hormniosvegetais: auxinas, citocininas, giberelinas, cido abicsico e etileno (Tab. 1).Entretanto, outros reuladores de crescimento j foram identificados tais como,estrigolactonas (GOMEZ-ROLDAN et al., 2008), brassinoesterides, cidosaliclico, cido jasmnico, poliaminas, dentre outros (SANTNER et al., 2009).

Vessey (2003) forneceu evidncias que diferentes estirpes de PGPBpromovem o crescimento vegetal devido influncia de diferentes fitormnios.

AuxinasAs auxinas so uma classe importante de fitormnios, relacionadas com aembriognese, a diferenciao de rgos, arquitetura de razes e partearea, dominncia apical e respostas trpicas (TEALE et al., 2006). Nasplantas, a auxina mais abundante e melhor caracterizada o cidoindol-3-actico (AIA).

Hoje em dia est completamente provado que alm das plantas, algunsmicrorganismos tambm so capazes de sintetizar AIA (SPAEPEN, 2007).Cerca de 80% das bactrias isoladas da rizosfera so capazes de produzirAIA, indicando um possvel papel na interao com a planta (PATTEN eGLICK, 1996; KHALID et al., 2003).

A contribuio deste fitormnio para a promoo do crescimento vegetal jfoi demonstrada para as bactrias Azospirillum brasilense, Aeromonasveronii, Agrobacterium spp., Alcaligenes piechaudii, Bradyrhizobium spp.,Comamonas acidovorans, Enterobacter spp., Rhizobium leguminosarumdentre outras, e se d atravs do aumento do crescimento de razes e daproliferao e alongamento de plos radiculares, o que amplia a absorode nutrientes e gua pela planta (VESSEY, 2003).


Tabela 1. Reguladores do crescimento vegetal.

Classe Exemplo e Estrutura Efeito na Planta Referncias

Auxinas

AIA (cido indol-3-actico)

Arquitetura de raiz e parte area;

Dominncia apical; Respostas trpicas

WOODWARD e BARTEL, 2005 STRADER e BARTEL, 2008

Citocininas

Zeatina

Inibio do alongamento de raiz;

Expanso da folha por alongamento celular;

Atraso na senescncia

LETHAM, 1963 MILLER et al., 1955 TO e KIEBER, 2008Erro! Marcador no definido.

Giberelinas

GA3 (cido giberlico)

Germinao de sementes;

Crescimento de folhas e caules;

Induo floral e crescimento de frutos

SCHWECHHEIMER, 2008 YAMAGUCHI, 2008

Etileno

Hormnio do amadurecimento e do estresse;

Senescncia e absciso de flores e folhas;

Adaptao a estresses biticos e abiticos

ADAMS e YANG, 1981

cido Abscsico

Fechamento estomtico;

Dormncia de embries;

Adaptao a estresses biticos e abiticos

ADDICOTT e LYON, 1969


J foram descritas diferentes vias biossintticas de AIA nas bactrias, asquais so muito similares quelas encontradas nas plantas (Fig. 3). Amaioria das rotas biossintticas de AIA se iniciam a partir do precursorprincipal triptofano (trp). As rotas so nomeadas em funo das molculasintermedirias produzidas. importante ressaltar que nem todas as vias socaracterizadas na mesma medida e que podem existir mltiplas vias em ummesmo organismo.

As rotas via indol-3-acetamida (IAM) e indol-3-piruvato (IPyA) so as maispredominantes em bactrias e, por esta razo, mais conhecidas. A primeiraconsiste de duas etapas: primeiro o triptofano metabolizado a IAM atravsde uma trp-monooxigenase (codificada por iaaM) que posteriormente convertida a AIA por uma IAM hidrolase (codificada por iaaH). Esta via j foicaracterizada em diversos patgenos vegetais e algumas estirpes de rizbios(SEKINE et al., 1989; CLARK et al., 1993; MORRIS, 1995; GLICKMANN etal., 1998; MANULIS et al., 1998); entretanto, apesar de IAM ter sidodetectada em Arabidopsis, no h evidncias sobre a presena desta via nasplantas (POLLMANN et al., 2002).

Fig. 3. Provveis rotas biossintticas de AIA em bactrias (adaptado de SPAEPEN et

al., 2009).


Na via IPyA, o triptofano primeiramente transaminado a IPyA por umaaminotransferase que, em seguida, descarboxilado atravs da indol-3-piruvato descarboxilase (IPDC) a indol-3-acetaldedo (IAAld) o qual oxidadoa AIA pela IAAld desidrogenase (COSTACURTA e VANDERLEYDEN, 1995;PATTEN e GLICK, 1996). Esta via j foi identificada em diversas bactrias,tais como Pantoea agglomerans, Bradyrhizobium, Azospirillum, Rhizobium,Enterobacter cloacae, e Pseudomonas (KOGA et al., 1991; BRANDL eLINDOW, 1996; PATTEN e GLICK, 2002a; 2002b).

Alm dessas duas rotas principais via IAN e IPyA, outras duas - viatriptamina (TAM) e indol-3-acetonitrila (IAN) - foram descritas. Na primeira,o triptofano descarboxilado a TAM e subsequentemente convertido aIAAld por uma amino-oxidase (HARTMANN et al., 1983) enquanto, nasegunda via, algumas nitrilases catalisam a converso de IAN a AIA(NAGASAWA et al., 1990; KOBAYASHI et al., 1993, 1995).

O AIA sintetizado pode ser conjugado com acares ou aminocidos a fim deser estocado, transportado, compartimentalizado e protegido contradegradao (COHEN e BANDURSKI, 1982), embora este processo ainda noesteja bem caracterizado em bactrias. Nas plantas, a formao dessesconjugados parece ser um meio de remoo do excesso de AIA produzidodurante certos perodos do desenvolvimento vegetal (WRIGHT et al., 1991).

A produo de auxina um fator importante na capacidade de promoodo crescimento pelas PGPBs conforme demonstrada atravs de estudos deinoculao com mutantes (geralmente mutantes em genes da biossntesede AIA) (BARBIERI e GALLI, 1993; BARBIERI et al., 1986; HARARI et al.,1988). Todos os mutantes defectivos em genes especficos da biossntesede AIA j obtidos continuam apresentando uma produo residual de AIA,embora os nveis j tenham alcanado reduo de 90 a 99%. Todas astentativas visando o isolamento de um mutante nulo falharam, indicando aredundncia das vias biossintticas de AIA em bactrias (HARTMANN etal., 1983; BARBIERI et al., 1986; PRINSEN et al., 1993; CARRENO-LOPEZet al., 2000; SPAEPEN et al., 2007). A presena de mltiplas vias em ummesmo organismo sugere que a contribuio de cada uma para aconcentrao de AIA seja diferente (SPAEPEN et al., 2009).


Uma ligao direta entre a produo de AIA por Azospirillum e alteraes namorfologia de razes de trigo foi demonstrada por Dobbelaere et al. (1999).Esses resultados foram corroborados por estudo recente realizado porSpaepen et al. (2008) no qual inoculaes com a estirpe selvagem deAzospirillum brasilense resultaram em um encurtamento da raiz e aumentona formao de plos radiculares, enquanto a estirpe mutante (com produode AIA reduzida devido interrupo do gene ipdC) no induziu essasmudanas. Ao colonizar as plantas, A. brasilense usa os exsudados das razespara sua proliferao. Conforme esses exsudados se tornam limitados, devidoao crescimento bacteriano, A. brasilense aumenta a produo de AIA,levando formao de razes laterais e plos radiculares, que resultam emmais exsudao. Desta forma, cria-se uma regulao que conecta aproliferao bacteriana e o crescimento das razes (SPAEPEN et al., 2009).

Em um trabalho com Brassica spp, foi observada uma correlao positivaentre a produo de auxina por diferentes estirpes de PGPB e suacapacidade de aumentar a produo de gros e o nmero de ramos evagens por planta (ASGHAR et al., 2002). Dois anos depois, Asghar et al.(2004) determinaram nova relao positiva entre a produo de auxina porPGPBs e o aumento no nmero de ramos e concentrao de leos emBrassica napus. De modo similar, a promoo do crescimento de plntulasde Pinus contorta inoculadas com o produtor de auxina Paenibacilluspolymyxa L6 foi justificada pelos nveis aumentados de auxina nas suasrazes (BENT et al., 2001). Entretanto, em outro estudo uma estirpemutante de Pseudomonas putida (com sua produo de AIA aumentada emquatro vezes) perdeu sua capacidade de induzir o alongamento de razes emplntulas de canola (XIE et al., 1996).

CitocininasO balano entre auxinas e citocininas regula a diferenciao celular vegetal:se o equilbrio for deslocado em direo auxina, o desenvolvimento dasrazes favorecido, enquanto sob concentraes maiores de citocinina ocrescimento da parte area induzido (SPAEPEN et al., 2009).

Aps sua biossntese nas razes e em sementes em desenvolvimento, ascitocininas so transportadas para a parte area via xilema, aonde regulam


diversos processos como a diviso celular, expanso de folhas e retardo dasenescncia. O representante principal desta classe de fitormnio aZeatina (TAIZ e ZEIGER, 2009).

Em bactrias, as citocininas foram primeiramente descobertas empatgenos, cuja produo massiva desses fitormonios um importantefator de virulncia (COSTACURTA e VANDERLEYDEN, 1995; JAMESON,2000; BARASH e MANULIS-SASSON, 2007), contudo, a capacidade deproduzir citocininas j conhecida para diversas PGPBs (BAREA et al.,1976; FRANKENBERGER e ARSHAD, 1995; DE SALAMONE et al., 2001).

Nesses microrganismos, a principal citocinina - a Zeatina - biossntetizadaa partir do dimetilalil difosfato (DMAPP) e adenosina monofosfato (AMP)(Fig. 4). A enzima que cataliza a transferncia do grupo isopentenil paraAMP, a isopentenil transferase, j foi caracterizada em algunsmicrorganismos patognicos, tais como Pantoea agglomerans, Rhodococcusfascians e diversas estirpes de Agrobacterium (AKIYOSHI et al., 1984;CRESPI et al., 1992; LICHTER et al., 1995a,b). O produto gerado,isopentenil adenosina-monofosfato convertido posteriormente em zeatina(PRINSEN et al., 1997; KAKIMOTO, 2003).

A falta de mutantes gerados que poderiam permitir a quantificao dacontribuio da produo de citocininas bacteriana para os efeitos napromoo do crescimento vegetal um fator limitante no entendimento dopapel da citocinina. Especula-se que a produo de citocininas pelasbactrias contribui para a concentrao de citocininas na planta,influenciando seu crescimento e desenvolvimento. Recentemente foimostrado que citocininas bacterianas foram reconhecidas por receptoresvegetais, acarretando mudanas no desenvolvimento e a proliferao detecidos (PERTRY et al., 2009).

Muitas bactrias produzem auxinas e citocininas, conseqentemente, oefeito dessas PGPBs no crescimento vegetal ir depender do balano entreesses dois fitrmonios (SPAEPEN et al., 2009).


GiberelinasAs giberelinas (GAs) so amplamente distribudas no reino vegetal. Elasesto presentes em toda a planta, podendo ser detectadas em folhas,caules, sementes, embries e plens. Esses fitormnios executam umimportante papel na mediao dos efeitos de estmulos ambientais sobre odesenvolvimento da planta. Fatores ambientais como fotoperodo etemperatura, podem alterar os nveis de giberelinas ativas, afetando etapasespecficas nas suas biossnteses. So associadas, mais frequentemente,com o florescimento de algumas espcies e a promoo do crescimento docaule, onde aplicaes de GAs em plantas intactas podem induzir umaumento significativo na sua altura. Existem cerca de 130 giberelinasidentificadas nas plantas, porm, diversas observaes tm confirmado quea GA1 a forma ativa que controla o crescimento do caule. Anlisesgenticas tm demonstrado que somente algumas GAs so hormniosbiologicamente ativos e que a maioria serve como precursores ourepresentam formas inativas.

Fig. 4. Provvel rota

biossinttica da

Zeatina em bactrias

[adaptado de TAIZ e

ZEIGER (2009)].


Apesar de algumas PGPBs, como Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis, ealgumas estirpes de Azospirillum e Pseudomonas, sintetitazem giberelinas(GAUDIN et al., 1994; GUTIERREZ-MANERO et al., 2001), informaessobre a produo deste fitrmonios por outras bactrias ainda so muitoraras, no existindo dados suficientes para dimensionar o papel dessescompostos na promoo do crescimento vegetal (DE SALAMONE et al.,2001). Especula-se que como esse hormnio pode ser translocado dasrazes para a parte area das plantas, as giberelinas sintetizadas por PGPBsnas razes teriam efeito notvel nos caules. Esse efeito ainda seriaacentuado atravs da produo de auxinas pela bactria, que estimularia osistema radicular, aumentando o fornecimento de nutrientes para o drenogerado na parte area.

Em estudo realizado por Gutierrez-Manero e colaboradores (2001) foramobtidos fentipos anes aps a exposio de plntulas de Alnus glutinosa aum inibidor da biosntese de giberelina. A inoculao dessas plntulas comas estirpes de bactrias produtoras de GA Bacillus pumilus e B.licheniformis reverteram o fentipo ano, o mesmo efeito que foi observadoquando as plntulas foram expostas a GA3.

Gluconacetobacter diazotrophicus tambm produz giberelinas GA1 e GA3,alm de AIA (FUENTES-RAMREZ et al., 1993; BASTIN et al., 1998;BERTALAN et al., 2009). Em um estudo de inoculao, Sevilla ecolaboradores (2001) especularam que a induo do crescimento de cana-de-acar por um mutante nif- de G. diazotrophicus pode ter ocorridodevido liberao desses fitrmonios.

EtilenoO etileno, um fitormnio gasoso, est fundamentalmente relacionado aossistemas de defesa e crescimento vegetais, mediando o amadurecimento,crescimento de razes e germinao de sementes, por exemplo. Alm disso,est envolvido na resposta a estresses e processos adaptativos, Algunsfatores como a luz, temperatura, salinidade, ataque de patgenos e statusnutricional causam variaes considerveis nos nveis de etileno (ETESAMIet al., 2009).


Como pode ser observado na Fig. 5, a biossntese do etileno se inicia apartir do ciclo da metionina, onde S-adenosil-metionina (AdoMet) convertido a 1-aminociclopropano-1-carboxilato (ACC) atravs da ao daenzima ACC sintase. Posteriormente, o ACC utilizado como substrato daACC oxidase, que atravs de uma reao com consumo de oxignio produzo etileno (TAIZ e ZEIGER, 2009).

A enzima ACC sintase regulada por vrios sinais, dentre eles o prprioetileno, alguns fatores ambientais e a auxina. Um aumento na concentraode AIA pode promover a produo de ACC, aumentando a sntese deetileno, que resulta em uma inibio do crescimento de razes (ARSHAD eFRANKENBERGER, 1998; MATHESIUS, 1998; ASGHAR et al., 2004;ETESAMI et al., 2009).

Glick et al. (1998) props um modelo atravs do qual as PGPBs poderiamdiminuir os nveis de etileno nas plantas . Neste modelo, em resposta aotriptofano ou outras molculas exsudadas pelas razes, as bactriassintetizariam AIA que seria incorporado pela planta. Este AIA, em conjuntocom aquele produzido pelo vegetal, estimularia a proliferao celular ouinduziria a transcrio de ACC sintase, aumentando a produo de ACC.Algumas dessas molculas de ACC seriam absorvidas pelas bactrias(PENROSE et al., 2001; GRICHKO e GLICK 2001a) e clivadas pela ao daenzima ACC deaminase (Fig. 5). Esta enzima, descoberta em 1978(HONMA e SHIMOMURA, 1978), compete com a ACC oxidase e catalisa aclivagem do ACC a-cetobutirato e amnia, que utilizada como fonte denitrognio por essas bactrias (GLICK et al., 1998). Consequentemente,essa degradao diminui os nveis de etileno produzidos pelas plantas. Estareduo, em combinao com a ao de auxinas - que podem serproduzidas pelo mesmo microrganismo - causa um efeito considervel nocrescimento e desenvolvimento de razes. Logo, a utilizao de PGPBscapazes de reduzir os nveis de etileno na planta pode ser um mtodointeressante para aprimorar determinados processos fisiolgicos vegetais.

A atividade da ACC deaminase j foi detectada em diversos fungos ebactrias (GLICK et al., 1995; MA et al., 2003; BLAHA et al., 2006;MADHAIYAN et al., 2006).


Um estudo realizado em 2001 por Wang e colaboradores mostrou que 62de 88 estirpes de Pseudomonas isoladas em todo o mundo continham ACCdeaminase. Duan et al. (2006) realizaram outro estudo evidenciando que 27de 233 novos isolados de Rhizobium spp de vrios locais de Saskatchewan,Canad, apresentaram essa mesma atividade. Alm disso, em outro estudo,a atividade da ACC deaminase foi encontrada em diversos isoladobacterianos, incluindo Azospirillum, Rhizobium, Agrobacterium,Achromobacter, Burkholderia, Ralstonia, Pseudomonas e Enterobacter(BLAHA et al., 2006).

A produo de etileno tambm j foi identificada em alguns microrganismospatognicos, como Pseudomonas syringae. Altos nveis de etilenoencontrados nos tecidos de algumas plantas podem ser relacionados produo de etileno por bactrias inoculadas (WEINGART e VOLKSCH,1997; WEINGART et al., 2001). A biossntese do etileno nas bactriasdifere daquela das plantas. Duas vias distintas j foram descritas(WEINGART et al., 2001).

O etileno tambm ativa diversas respostas de defesa em plantas e umcomponente sinalizador necessrio para a induo da resistncia sistmicaa doenas adquirida atravs de bactrias. Esta dupla funo torna difcildefinir o papel exato do etileno produzido por diferentes espcies de PGPBs(VAN LOON et al., 2006).

Fig. 5. Provvel rota biossinttica do etileno em plantas e a ao da enzima ACC

deaminase de bactrias (adaptado de TAIZ e ZEIGER, 2009).


cido AbcsicoO cido abcsico (ABA) tambm est envolvido na resposta vegetal aestresses biticos e abiticos. Como hormnio, ele induz o fechamentoestomtico, inibe a germinao de sementes e amadurecimento de frutos,e est envolvido na dormncia de embries. Alm disso, ele mediarespostas de proteo contra condies ambientais adversas, tais comoseca, estresse salino e toxicidade de metais (ADDICOTT e LYON, 1969).O ABA pode ser sintetizado em todas as partes da planta e pode sertranslocado rapidamente atravs dela. sintetizado a partir do isopentenildifosfato e dimetilalil difosfato atravs de intermedirios terpenides(TAYLOR et al., 2005).

A produo de ABA por bactrias em meio de cultura j foi demonstradapor Azospirillum brasilense e algumas estirpes de Bradyrhizobiumjaponicum, entretanto a via biossinttica ainda no foi determinada(BOIERO et al., 2007).

J foi proposto que as bactrias que produzem ABA podem aumentar ocrescimento vegetal interferindo na concentrao de citocinina vegetal,uma vez que, ABA inibe a sntese deste fitormnio (MIERNYK, 1979). Almdisso, sob condies de estresse, o ABA produzido por bactrias podeatenuar o estresse vegetal, como sugerido por Boiero et al. (2007).

Promoo do crescimento vegetal atravs do aumentoda disponibilidade de nutrientesAlm da induo de mudanas na morfologia ou fisiologia das razes atravsda produo de substncias promotoras do crescimento vegetal pelasbactrias (BAREA et al., 1976), algumas PGPBs podem melhorar a nutriovegetal fornecendo nutrientes especficos para as plantas, principalmentefsforo e ferro, atravs da solubilizao de fosfatos inorgnicos e daproduo de siderforos (GLICK et al., 1999; PODILE e KISHORE, 2006).

Aumento na disponibilidade do fsforo (P)O fsforo (P) o segundo macronutriente mineral mais importante e quelimita o crescimento vegetal. Mesmo em solos ricos em P, mas quepossuem altos teores de Fe e Al, grande parte do elemento encontra-se


complexado e em uma forma no disponivel para as plantas (STEVENSON eCOLE, 1999); no entanto, existem microrganismos que auxiliam as plantas adquirirem P do solo por meio de vrios mecanismos, dentre eles, apromoo do crescimento de razes laterais e plos radiculares atravs daao de fitohormnios, como j foi discutido anteriormente.

Alm disso, esses microrganismos tambm estimulam processosmetablicos que so efetivos na solubilizao e mineralizao do P a partirde formas pouco disponveis como os oriundos de rochas fosfatadas queso aplicadas com fertilizantes. Vrios microrganismos esto envolvidosnesses processos, mas as bactrias se destacam com o maior potencialpara disponibilizao de fosfatos solveis para a planta. Segundo Spaepenet al. (2009), cerca de 40% das bactrias culturveis so capazes desolubilizar P, principalmente as dos gneros Pseudomonas, Bacillus,Rhizobium, Burkholderia, Achromobacter, Microccocus, Aereobacter eFlavobacterium (RODRGUEZ e FRAGA, 1999; VESSEY, 2003).

Essa solubilizao de fosfatos inorgnicos pode ocorrer atravs da liberaode cidos orgnicos, como cido ltico, gliclico, ctrico, actico, glucnico,mlico, oxlico, succnico e tartrico, dentre outros (KUCEY et al., 1989),que acidificam o solo e liberam ons solveis monobsicos (H2PO4

-) edibsicos (HPO4

-2). Com a gerao destes ons, aumenta a forma disponvelde fsforo para as plantas, e consequentemente amplia a sua captaopelas mesmas (GYANESHWAR et al., 2002).

Alm do fsforo inorgnico presente nos solos, a sua forma orgnicatambm de importncia considervel, compreendendo cerca de 30 a50% do total de fsforo no solo, dependendo do tipo de solo e do ambiente(STEVENSON e COLE, 1999). Esta reserva pode ser mineralizada pormicrorganismos, tornando-a disponvel para as plantas como fosfatosolvel. Esta mineralizao se d atravs de fosfatases cidas e alcalinasdas PGPBs envolvendo a defosforilao atravs da hidrlise de ligaesfosfo-ster e fosfo-anidrido (GYANESHWAR et al., 2002; RODRGUEZ eFRAGA, 1999).


O fitato (mio-inositol hexaquifosfato) representa cerca de 20-50% dofsforo orgnico do solo, e a fitase (mio-inositol hexaquifosfatofosfohidrolase) uma enzima pertencente ao grupo das fosfatases cidaque hidrolisa o fitato a mio-inositol e cido ortofosfrico, (VOHARA eSATYANARAYANA, 2003). Essas enzimas j foram purificadas ecaracterizadas de algumas estirpes de bactrias de Bacillus, Pseudomonas,Klebsiella e Enterobacter (GREINER et al., 1997; KEROVUO et al., 1998).Um mutante de Bacillus amyloliquefaciens FZB45 negativo na produo defitase deixou de promover o crescimento de plntulas de milho em meiocom limitao de fosfato (BA IDRISS et al., 2002). Recentemente, foiobservada uma elevada capacidade de solubilizao de fosfatos associados produo de cidos orgnicos em dois gneros bacterianos, Erwinia ePseudomonas (SHIN et al., 2005). Exemplos de associao benfica entrePGPBs solubilizadoras de fosfato e algumas culturas so: Azotobacterchroococcum e trigo (KUMAR e NARULA, 1999), Bacillus circulans e trigo(SINGH e KAPOOR, 1998), Enterobacter agglomerans e tomate (KIM etal., 1998b), Pseudomonas chlororaphis ou Pseudomonas putida e soja(CATTELAN et al., 1999). Recentemente, foi demonstrado que a bactriadiazotrfica endoftica Gluconacetobacter diazotrophicus possui acapacidade de solubilizar P e zinco (SARAVANAN et al., 2007).

Apesar da ocorrncia praticamente generalizada de vrios microrganismoscapazes de mineralizar/solubilizar o fosfato no solo, geralmente, estaatividade no alta o suficiente para competir com outros organismospresentes na rizosfera. Sendo assim, o P liberado por esses microrganismos,de maneira geral, no suficiente para uma promoo substancial docrescimento da planta. Sem dvida, o avano de conhecimento sobre essesmecanismos contribuir para o uso dessas bactrias como biofertilizantes demodo que as plantas sejam beneficiadas pelo fosfato solubilizado.

Aumento na captao de ferro (Fe)O ferro (Fe) um micronutriente essencial para as plantas. A deficincia deferro promove diversas alteraes metablicas devido ao seu papel comoco-fator em um grande nmero de enzimas essenciais a processos fisiolgicosimportantes, tais como respirao, fotossntese e fixao de nitrognio. Da


mesma maneira que o fsforo, o Fe muito abundante nos solos, mas suagrande maioria encontrada sob a forma de hidrxido frrico, indisponvelpara as plantas.

As bactrias desenvolveram uma estratgia para uma captao maiseficiente de Fe atravs da produo e secreo de compostos orgnicosquelantes de ferro, chamados Siderforos (do grego: sideros, ferro e foros,transportador) (BUYER et al., 1993). Essas molculas de baixo pesomolecular (


atividade. A biossntese e os mecanismos de captao de ferro atravs dossiderforos foram intensivamente estudados em espcies de Pseudomonas,sendo esta espcie a maio produtora dentre as bactrias Gram negativas(DAVID et al., 2005). Um mutante de P. fluorescens com sua produo desiderforos 17 vezes superior estirpe selvagem, apresentou um aumentona colonizao e na promoo do crescimento de Vigna radiata (KATIYARe GOEL, 2004). O tratamento de sementes de milho com estirpesprodutoras de siderforos de Pseudomonas spp. GRP3A, PRS9 e P.chlororaphis, promoveu um aumento na germinao, no comprimento derazes e parte areas e no peso seco das plntulas (SHARMA e JOHRI,2003). Em outras PGPBs, como Azospirillum e Rhizobium a produo desiderforos tambm j foi documentada (WHIPPS, 2001). Estudos deRengel e colaboradores (1999) monstraram com sucesso o uso desiderforos como biofertilizantes, visando aumentar a concentrao demicronutrientes em gros destinados ao consumo humano, principalmentearroz, feijo e milho.

Vrios pesquisadores acreditam que este processo da absoro de Fe vitalpara as plantas (MASALHA et al., 2000), entretanto, a real contribuiodesses complexos para as necessidades vegetais de Fe ainda permaneceindeterminada.

Mecanismos de promoo indiretado crescimento vegetal

As PGPBs beneficiam indiretamente o crescimento das plantas atravs dasupresso de microrganismos deletrios que inibem o desenvolvimentovegetal. Os mecanismos indiretos de promoo do crescimento vegetalsero discutidos nos prximos tpicos (BURDMAN et al., 2000; LUCY etal., 2004; DOBBELAERE e OKON, 2007).

Biocontrole de fitopatgenosDependendo da cultura e da doena em questo, as perdas deprodutividade devido ocorrncia de fitopatgenos so estimadas entre 25a 100% (GLICK e BASHAN, 1997). Alm disso, muitos dos produtos


utilizados para o controle de doenas fngicas e de bactrias causammuitas consequncias deletrias ao ambiente, aos organismos no-alvo e aohomem. Um dos mecanismos indiretos na promoo do crescimento vegetalutilizados pelas PGPBs envolve as vrias substncias produzidas pelasbactrias que possuem efeito no controle sobre os fitopatgenos, tais comoantibiticos e antifngicos. A competio por nutrientes e stios decolonizao nas plantas alm da resistncia sistmica induzida (RSI) sooutros mecanismos indiretos utilizados pelas PGPBs (LUGTENBERG eKAMILOVA, 2009).

Entretanto, deve-se ressaltar que na maioria dos casos observados decontrole eficiente foi realizada em condies controladas de laboratrio oude casa de vegetao.

AntibioseA produo de antibiticos um dos mecanismos mais eficientes utilizadospor PGPBs para o controle de fitopatgenos, entretanto, a ao efetiva deum antibitico contra uma estirpe de fitopatgeno pode no ter a mesmaeficincia sobre outra estirpe da mesma espcie, devido existncia demecanismos genticos de resistncia, ou ainda pela perda da eficinciadevido a condies variveis do ambiente. As espcies microbianas maisestudadas e consideradas as mais eficientes no controle de patgenosatravs da produo de antibiticos pertencem ao gnero Pseudomonas (P.putida e P. fluorescens), e atuam sobre fungos e bactrias patognicas(CHIN-A-WOENG et al., 2003; HAAS e DEFAGO, 2005).

Diversos outros compostos metablicos de baixo peso molecular,produzidos por bactrias, possuem atividade antifngica. O cianeto dehidrognio um destes compostos, produzido por Pseudomonas, e ativocontra fungos de solo. Bactrias como Cladosporium werneckii,Pseudomonas solanacearum e Burkholderia cepacia, alm de produziremcompostos antifngicos, possuem a capacidade de hidrolisar o cidofusrico, produzido durante a infeco de tecidos vegetais por fungos dognero Fusarium, prevenindo danos causados aos vegetais (GLICK eBASHAN, 1997).


Algumas PGPBs, dentre elas Pseudomonas stutzeri, Burkholderia cepacia,Enterobacter agglomerans, e Serratia marcescens, tambm produzemenzimas, como quitinases, glucanase, proteases e lipases, que atuam na lise declulas fngicas. A atividade destas PGPBs foi identificada contra doenasprovocadas por fungos de solo, como Fusarium solani, Rhizoctonia solani,Sclerotium rolfsii, Pythium ultimum, entre outros (CHET e INBAR, 1994).

Resistncia Sistmica InduzidaUm mecanismo alternativo para o controle biolgico so os metablitosproduzidos por algumas bactrias que interagem com o sistema radicularvegetal e afetam a planta de tal maneira que pode resultar na resistnciadeste vegetal a algumas bactrias patognicas, fungos e vrus. Estefenmeno denominado resistncia sistmica induzida (RSI) foi descobertoatravs da resistncia induzida pela rizobactria Pseudomonas sp.WCS417r contra Fusarium (VAN PEER et al., 1991) e por rizobactriascontra o fungo Colletotrichum orbiculare em pepino (WEI et al., 1991).

A RSI dependente da sinalizao do cido jasmnico e do etileno naplanta. Muitos componentes individuais bacterianos induzem a RSI, comolipo-polissacardeos (LPS), flagelos, cido saliclico, e siderforos. Maisrecentemente, lipopeptdeos cclicos (ONGENA et al., 2007), o fatorantifngico Phl (IAVICOLI et al., 2003), a molcula sinalizadora AHLs(SHUHEGGE et al., 2006) e misturas de compostos volteis produzidas porB. subtilis e, em menor medida, a acetona voltil e o 2,3-butanodiol (RYUet al., 2003) foram adicionados lista de substncias indutoras de RSI.

Ao contrrio de muitos mecanismos de controle biolgico, no se faznecessria a colonizao extensiva do sistema radicular para promoo daRSI (KAMILOVA et al., 2005), como pode ser observado em certasestirpes de B. cereus, que so pobres colonizadoras, mas so bons agentesde controle biolgico (GILBERT et al., 1994).

Rudrappa et al. (2008) mostraram que a infeco de folhas de mudas de A.thaliana com o patgeno foliar de P. syringae resultou na secreo de cidoL-mlico pelas razes. Esses nveis mais elevados de cido L-mlico


seletivamente sinalizaram e recrutaram rizobactrias benficas de B. subtilis,uma bactria de controle biolgico que protege a planta atravs de RSI.

CompetioA competio por nutrientes e nichos ecolgicos, na superfcie ou emtecidos internos vegetais, pode ocorrer concomitantemente aosmecanismos anteriormente citados amplificando o potencial de proteodas PGPBs contra fitopatgenos. Um fator de influncia na capacidade dePGPBs atuarem como agentes efetivos de biocontrole por mecanismos decompetio pode ser a capacidade desses organismos em metabolizar osexudados da raiz, transformando-os em compostos inibitrios aos patgenos(STEPHENS et al., 1993).

Como existe um nmero limitado de stios de infeco por onde osfitopatgenos conseguem invadir os tecidos vegetais, PGPBs quecompetem por estes mesmos stios ou pelos mesmos nichos de infeco,podem diminuir a incidncia de doenas (GLICK e BASHAN, 1997).

Consideraes Finais

Os efeitos e os mecanismos atravs dos quais as PGPBs melhoram ocrescimento das plantas, discutidos nos tpicos anteriores, tm sidoextensivamente estudados em todo o mundo. Embora os esforos visando odesenvolvimento de inoculantes para a promoo do crescimento dasplantas na agricultura tenham aumentado consideravelmente ao longo dosltimos 40 anos, o conhecimento a cerca dessas PGPBs ainda no completo e a pesquisa deve continuar. Existe grande possibilidade quediversos sistemas utilizando PGPBs sejam amplamente utilizados naagricultura, particularmente visando aumentar a eficincia de uso econsequentemente a reduo das quantidades de fertilizantes e pesticidasutilizados na agricultura.


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