Quão bom seria a utilização de microorganismos na agricultura?

Foco na agricultura do arroz

Os microorganismos pesquisados pela equipe foram as bactérias Diazotróficas Burkholderia kururiensis.

Diazotróficas: Algumas espécies de Bactérias presentes tanto na rizosfera como no interior de plantas, sendo esta segunda denominada de Endófitos (EMBRAPA)

De onde foram isoladas? Aquíferos poluídos do Japão

Em qual parte da planta se localizam preferencialmente? Raízes – colonização pelas fendas nos pêlos

Por que utilizá-las? Alta semelhança com as bactérias Endofíticas do arroz – absorção de nitrogênio para a planta

Quais seriam as adversidades? Pode exibir interação patogênicas com as plantas

Qual seria o objetivo? Promover o desenvolvimento da agricultura e produção de alimentos de maneira sustentável e economicamente barata, de forma a baratear o custo de alimentos e diminuir os danos que atualmente a agricultura gera para o planeta.

As bactérias Diazotróficas

Diazotróficas

Vida Livre AssociativasEndofíticasPresente na rizosfera

• Podem promover diversas vantagens a terra que será cultivada e aos vegetais em que são hospedeiras.

• Representam um tipo de interação de proto-cooperação entre bactérias e plantas na maioria das vezes.

As Bactérias Endofíticas

• Habitam o interior das plantas, nos órgãos e tecidos vegetais (folhas, ramos e raízes).

• São características por não gerar patógenos a planta contaminada, criando uma relação de simbiose com o hospedeiro.

• A comunidade endofítica é constituída principalmente por fungos e bactérias.

• Como resultado dessa interação há uma produção de hormônios vegetais, fixação de nitrogênio, aumento da biomassa, de nutrientes disponíveis a planta, da resistência a patógenos, entre outros.

Colonização de Endofíticas na raiz

Endófiticas Competentes

Endófiticas Oportunistas

Endofíticas Passageiras

As Bactérias Endofíticas

Aplicações Industriais e Médicas

Promoção do crescimento e rendimento da planta

Proteção e saúde da planta

Controle de poluentes e fitoremediação

Conseqüências da colonização endofíticas

• Aplicações médicas e industriais: como a produção de antibióticos, antivirais, imunossupressores, componentes anticancerígenos, antioxidantes e bioinseticidas.

•Aumento na biomassa da planta: a) Fitoestimulação – processo que as raízes em crescimento promovem

gerando a proliferação de microorganismos degradativos na rizosfera, que usam os metabólitos da planta como fonte de carbono e energia (apenas para os compostos orgânicos ).

b) Aumento da captação de nitrogênio, sais minerais e da produção de hormônios do crescimento.

• Antimicrobiais que produzem a ISR (resistência sistêmica induzida).

• Controle da poluição por fitorremediação – utilização de plantas associadas a bactérias, para remoção ou redução de contaminantes orgânicos e inorgânicos presentes no solo e na água.

Quantificação por microscopia eletrônica de varredura

• Análise de cortes de tecidos de plantas com 7 dia de inoculação.

• A e B são plantas controles.

• C mostra grande colonização na região do cabelo da raiz.

Quantificação por microscopia eletrônica de varredura

• D e E mostram a formação de microagregados nas regiões perturbadas da superfície da epiderme.

Via de infecção

• Secção transversal de uma raiz infectada. É possível identificar o caminho percorrido pela bactéria da epiderme para os vasos do xilema.

• Células epidérmicas e do apoplasto.

• Células do córtex interno.

Via de infecção

• No Córtex interno e cilindro vascular, as bactérias estão organizadas em cadeias.

• Centro do cilindro vascular, mostrando a entrada das células no interior do xilema.

• Corte transversal de uma raiz não infectada, mostrando os vasos do xilema.

Microscopia eletrônica de transmissão

• Mostra o processo de invasão bacteriano através de MET.

• Em (A) mostra a invasão na superfície das células do parênquima(PC) e em (B) mostra essa invasão no espaço intercelular.

• Em (C) e (D) mostra as bactérias mais próximas da parede celular do parênquima (CW) ou associadas a um material fibrilar ( seta mais fina).

• Em (E) e (F) mostra a agregação das bactérias.

Desenvolvimento da planta

• Mostra o desenvolvimento do arroz promovido pela associação de B. Kururiensis. Mostra uma visão comparativa das plantas inoculadas e não inoculadas 120 dpi ( dias após infecção).

Relação entre a associação bactéria-planta a nível molecular e morfológico

• Marcação por GUS-DR5;

• Inoculação com B. kururiensis ;

• Comparação do efeito com as plantas controle;

• Estudos sobre o tipo de auxina produzida pelas bactérias e sua influência no desenvolvimento da Oryza sativa L.

Expressão de GUS-DR5 pela estimulação do “IAA” produzido pelas bactérias em associação

Características da morfologia da raiz em diferentes condições

Conclusão

• Em resumo, os resultados aqui apresentados mostram a capacidade de B. kururiensis colonizar endofiticamente as plantas de arroz;

• B. kururiensis confere efeitos benéficos sobre o crescimento e produção de sementes de plantas de arroz, possivelmente associado ao equilíbrio diferencial da auxina que é responsável pelo estímulo no desenvolvimento da planta;

• A concentração de nitrogênio pode ser uma fator limitante no processo de invasão da bactéria;

Conclusão

• As descobertas são baseadas no cultivo de laboratório, o que pode não reproduzir exatamente as condições de ambiente natural, mas pode de fato refletir a diversidade funcional das espécies Burkholderia.

• Portanto, B. kururiensis surge como uma ferramenta potencial para futuras aplicações agrícolas, proporcionando maior rendimento de produção, custos de insumos e do impacto ambiental negativo decorrente do uso de fertilizantes nitrogenados.

• Capacidade de controlar patógenos de plantas (Sturz & Matheson 1996; Duijff et al 1997 Krishnamurthy & Gnanamanickam, 1997);

• Acelerar a emergência das plântulas, promovendo estabilização da planta em condições adversas (Chanway, 1997);

• Aumentar o crescimento da planta (Bent e Chanway, 1998);

• Capacidade natural para a degradação de xenobióticos ou podem atuar como vetores para introdução de características de degradação. (Siciliano et al, 2001, Barac et al, 2004 Germaine et al, 2004, 2006 Porteous-Moore et al, 2006 Ryan et al., 2007).

Aplicações Potenciais de Bactérias endofíticas: