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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE BIOLOGIA LUCILENE LOPES DOS SANTOS CARACTERIZAÇÃO BIOQUÍMICA, GENÉTICA E PATOGÊNICA DE Burkholderia andropogonis E REAVALIAÇÃO TAXONÔMICA DA ESPÉCIE BIOCHEMICAL, GENETIC AND PATHOGENIC CHARACTERIZATION OF Burkholderia andropogonis AND TAXONOMIC REASSESSMENT OF THE SPECIES Campinas 2015

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  • UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

    INSTITUTO DE BIOLOGIA

    LUCILENE LOPES DOS SANTOS

    CARACTERIZAÇÃO BIOQUÍMICA, GENÉTICA E PATOGÊNICA DE Burkholderia andropogonis

    E REAVALIAÇÃO TAXONÔMICA DA ESPÉCIE

    BIOCHEMICAL, GENETIC AND PATHOGENIC CHARACTERIZATION OF Burkholderia andropogonis

    AND TAXONOMIC REASSESSMENT OF THE SPECIES

    Campinas

    2015

  • LUCILENE LOPES DOS SANTOS

    CARACTERIZAÇÃO BIOQUÍMICA, GENÉTICA E PATOGÊNICA DE

    Burkholderia andropogonis E REAVALIAÇÃO TAXONÔMICA DA ESPÉCIE

    BIOCHEMICAL, GENETIC AND PATHOGENIC CHARACTERIZATION OF Burkholderia andropogonis

    AND TAXONOMIC POSITION REASSESSMENT OF THE SPECIES

    Tese apresentada ao Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do Título de Doutora em Genética e Biologia molecular, na área de Genética de Microorganismos.

    Campinas 2015

    ESTE ARQUIVO DIGITAL CORRESPONDE À

    VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELA

    ALUNA LUCILENE LOPES DOS SANTOS E

    ORIENTADA PELA SUZETE APARECIDA

    LANZA DESTÉFANO

  • Campinas, 11 de Dezembro de 2015

    COMISSÃO EXAMINADORA

    Profa. Dra. Suzéte Aparecida Lanza Destéfano

    Profa. Dra. Fabiana Fantinatti-Garboggini Profa. Dra. Valéria Maia Merzel Prof. Dr. Ricardo Harakava Prof. Dr. Ivan Paulo Bedendo Os membros da Comissão Examinadora acima assinaram a Ata de Defesa, que se

    encontra no processo de vida acadêmica do aluno.

  • "O que for teu desejo, assim será tua vontade. O que for tua

    vontade, assim serão teus atos.

    O que forem teus atos, assim será teu destino."

    Deepak Chopra

  • DEDICATÓRIA

    À minha mãe Lucia, meu refúgio e segurança, e ao meu marido

    Rodrigo, meu amor e companheiro.

  • AGRADECIMENTOS

    Agradeço primeiramente ao meu maravilhoso Deus, que me protege, me ilumina

    me abençoa e que por muitas vezes, quando pensei perder minhas forças, me carregou no

    colo.

    À minha Orientadora e amiga, Dra. Suzete Aparecida Lanza Destéfano, que de

    forma muito carinhosa me ensinou e me direcionou durante esses quatro anos. Obrigada por

    me aceitar em seu laboratório, por confiar no meu trabalho e dividir comigo seu conhecimento

    profissional e sua experiência de vida. Foi uma grande honra e prazer trabalhar com você.

    Que Deus abençoe sua vida e o seu dom de ensinar.

    À agência financiadora Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado de São Paulo

    (FAPESP) pelo suporte financeiro do Projeto e concessão da bolsa de Doutorado (Processo:

    2011/12222-2 e 2011/50813-2) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e

    Tecnológico (CNPq).

    Aos membros da banca examinadora Dra. Fabiana Fantinatti Garboggini, Dra.

    Valéria Maia Merzel, Dr. Ricardo Harakava e Dr. Ivan Paulo Bedendo, admiro muito o

    trabalho e a dedicação de vocês. Obrigada por estarem sempre dispostos a me ajudar e

    contribuir com sugestões e ensinamentos. Agradeço também aos membros suplentes da banca

    por aceitarem nosso convite, Dra. Alessandra Alves de Souza, Dr. Wanderley Dias da

    Silveira.

    À Dra. Laura Maria Mariscal Ottoboni e em especial ao Ms. Daniel Bedo

    Assumpção Castro que me ajudaram nas análises genômicas e contribuíram muito com esse

    trabalho.

    Aos pesquisadores Dr. Julio Rodrigues Neto, Dr. Luís Otávio Berian, Ms. Irene

    Maria Gatti de Almeida e nossa grande amiga Soninha. Obrigada por todo o aprendizado,

    carinho e companhia. Agradeço também todos os alunos que estavam ou passaram pelo

    laboratório (Mari T, Marina, Marcela, Alex, Daniele, Suzana, Pedro, Daysi, Denise, Karem,

    Lucas e Matheus) e dividiram comigo, experiências, bancada de trabalho, biblioteca,

    cafezinho e o almoço.

    Às minhas grandes amigas, que conheci no laboratório e se tornaram parte de

    mim. Thais (Thatá), obrigada por dividir sua história e carinho comigo, nos tornamos mais

    unidas quando percebemos que poderíamos nos apoiar uma na outra e assim caminhar

    dividindo tristezas e alegrias.

  • Renata (Renatinha), obrigada por ser tão generosa, amável e companheira. Você

    me ajudou a conquistar esse título, de forma prática e emocional. Você dividiu a sua casa, a

    sua vida e o seu coração comigo e esteve ao meu lado todos os dias durante esses quatro anos.

    Obrigada por ser meu apoio, meu refúgio, minha amiga e minha irmã. Que Deus te abençoe

    grandemente.

    Mariana (Mari), não tenho palavras para expressar toda minha gratidão e amor por

    você. Você me ensinou tudo que eu sei e apliquei nesse trabalho e mais do que isso, a sua

    dedicação, amor e confiança, me mostraram o verdadeiro sentido da palavra amizade.

    Obrigada por abrir as portas da sua casa e da sua vida. Obrigada por me permitir fazer parte

    da história da sua família e me deixar amar e conviver com seus filhos. E se hoje eu

    conquistei esse doutorado foi porque você esteve ao meu lado me ensinando, ouvindo,

    apoiando e me fazendo evoluir como profissional e como pessoa. Você é a irmã de alma que

    Deus, generosamente, me deu de presente, obrigada minha amiga.

    Agradeço imensamente a minha família: Adenir, Lucia, Luciane, Tony, Davi,

    Luciano, Luciana, Letícia e Sofia. Com vocês aprendi a ser mais humana e a ser mais de

    Deus. Obrigada por cada oração, abraço e carinho, mesmo de longe. A nossa fé nos tornou

    mais fortes e o nosso amor nos tornou mais unidos.

    À minha nova família: Wanderley, Lucrécia, Carol, André, Pedro, Gustavo,

    Fernanda e Antônio. Obrigada pelo carinho, cuidado e por se alegrarem com minhas

    conquistas.

    Meu agradecimento mais especial vai para meu marido Rodrigo. Com você ao

    meu lado é possível aprender a cada dia e a evoluir com cada aprendizado. Com você a

    confiança é diária e a construção do nosso amor é eterna. Obrigada por acreditar que eu sou

    capaz, por me incentivar e me ajudar em cada etapa desse doutorado e da vida. Ter você ao

    meu lado é o melhor presente que Deus me deu e o que mais me alegra é saber que o melhor

    ainda está por vir. Somos família, amor e confiança, hoje e sempre.

    Por Fim, agradeço a todos que de forma direta ou indireta me apoiaram e

    contribuíram com o desenvolvimento desse trabalho.

  • RESUMO

    Burkholderia andropogonis, inicialmente descrita por Smith (1911) como Bacterium

    andropogonis, agente causal de doença em sorgo (Sorghum bicolor), causa sintomas como

    manchas e listras foliares em uma ampla gama de hospedeiros com extensa distribuição

    geográfica. Essa espécie bacteriana possui características únicas ausentes na maioria dos

    patógenos de planta, como a presença de um único flagelo polar do tipo embainhado e

    produção de metabólitos secundários do tipo rizobiotoxina. O objetivo desse estudo foi

    caracterizar a diversidade bioquímica, genética e patogênica de 42 linhagens de B.

    andropogonis e reavaliar a relação filogenética dessa espécie bacteriana dentro do gênero

    Burkholderia. Características bioquímicas e fisiológicas diferenciais não foram observadas

    entre as linhagens isoladas de diferentes hospedeiros e regiões geográficas, assim como não

    foi verificada especialização patogênica nos testes de patogenicidade em diferentes plantas

    hospedeiras. Na caracterização molecular, a técnica de rep-PCR mostrou-se um método

    sensível para medir a variação genética dentro desta espécie bacteriana, uma vez que a análise

    combinada utilizando REP-, ERIC- e BOX-PCR permitiu a separação das linhagens em

    grupos de acordo com seus hospedeiros específicos e/ou localização geográfica. Nas análises

    filogenéticas do gene RNA ribossomal 16S e de multilocus (MLSA) utilizando cinco genes

    housekeeping (gyrB, recA, lepA, atpD e gltB), B. andropogonis ficou separada das demais

    espécies do gênero, com baixas porcentagens de similaridade entre as sequências dos genes. O

    sequenciamento do genoma da linhagem Tipo de B. andropogonis também foi realizado nesse

    estudo e uma análise de multilocus utilizando 30 diferentes genes conservados mais uma vez

    mostrou que B. andropogonis permaneceu separada das demais espécies do gênero

    Burkholderia. Além disso, a identidade média de nucleotídeos (ANI), a frequência de

    tetranucleotídeos (TETRA) e o porcentual de proteínas conservadas (POCP) foram calculados

    e B. andropogonis apresentou valores mais baixos nas comparações aos pares com 12

    diferentes espécies do gênero Burkholderia, reforçando a distância observada nas análises

    filogenéticas. Nossos resultados claramente colocaram B. andropogonis em um grupo distinto

    que pode representar um novo gênero.

  • ABSTRACT

    Burkholderia andropogonis initially described by Smith (1911) as the causal agent of leaf

    stripe disease on sorghum (Sorghum bicolor), affects a wide range of host plants

    economically important with an extensive geographical distribution. This bacterial species has

    unique features absent in most plant pathogens such as a single polar sheathed flagellum and

    rhizobitoxine production. The aim of this study was to assess the genetic, biochemical and

    pathogenic diversity among Burkholderia andropogonis strains and to establish the

    phylogenetic relationship of this bacterial species within Burkholderia genus. Differential

    biochemical and physiological features were not observed among strains isolated from

    different host and different geographical origins, as well as host specialization was not

    observed in the pathogenicity tests on distinct plant species. In the molecular characterization

    the rep-PCR technique was a sensitive method to measure the genetic variation within this

    bacterial species once the combined analysis using REP, ERIC and BOX-PCR allowed

    separation of strains into clusters according to specific hosts and/or geographical location. .

    The phylogenetic analysis using 16S rRNA gene and multilocus sequence analysis (MLSA)

    using five housekeeping genes (gyrB, recA, lepA, atpD e gltB) allowed clear separation of B.

    andropogonis from the other species of the genus, with low percentages of similarity among

    the genes sequences. After the genome sequencing of B. andropogonis type strain a

    multilocus analysis using 30 different conserved genes was also performed and again, B.

    andropogonis remained separated from the species of the Burkholderia genus. In addition, the

    average nucleotide identity (ANI), tetranucleotide frequency signature (TETRA), and

    percentage of conserved proteins (POCP) analyses were also carried out, and B. andropogonis

    species showed lower values when compared to the other Burkholderia species, reinforcing

    the distance observed in the molecular analyses. Our findings clearly indicates that B.

    andropogonis belongs to a distinct group and may represent a new genus.

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela 1. Linhagens de B. andropogonis utilizadas nesse estudo.

    Tabela 2: Sequências dos primers utilizados na análise de MLSA.

    Tabela 3. Lista dos genes conservados utilizados nas análises de MLSA e tamanho do fragmento

    analisado.

    Tabela 4. Características bioquímicas e fisiológicas das linhagens de B. andropogonis

    Tabela 5. Comparações em pares da Identidade Média de Nucleotídeos (ANI) entre 17

    genomas bacterianos.

    Tabela 6. Comparações em pares da Frequência de Tetranucleotídeos (TETRA) entre 17

    genomas bacterianos.

    Tabela 7. Comparações em pares da Porcentagem de proteínas conservadas (POCP) entre 17

    genomas bacterianos.

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1. Reação de hipersensibilidade observada em folhas de fumo, induzida por meio da

    infiltração de suspensão de células de linhagens de B. andropogonis.

    Figura 2. Folhas de milho inoculadas com diferentes linhagens de B. andropogonis: (A)

    IBSBF 165 isolada de café; (B) IBSBF 854 isolada de milho e (C) controle negativo (água

    destilada esterilizada).

    Figura 3. Folhas de sorgo inoculadas com diferentes linhagens de B. andropogonis: (A)

    IBSBF 398 isolada de cravo; (B) IBSBF 199 isolada de sorgo e (C) controle negativo (água

    destilada esterilizada).

    Figura 4. Folhas de ruscus inoculadas com diferentes linhagens de B. andropogonis: (A) IBSBF 237

    isolada de primavera; (B) IBSBF 2594 isolada de ruscus e (C) controle negativo (água destilada

    esterilizada).

    Figura 5. Folhas de cravo inoculadas com diferentes linhagens de B. andropogonis: (A) IBSBF520

    isolada de cravo; (B) IBSBF 1135 isolada de cravina e (C) controle negativo (água destilada

    esterilizada).

    Figura 6. Folhas de café inoculadas com diferentes linhagens de B. andropogonis: (A) IBSBF

    3126 isolada de Setcreasea pallida (B) IBSBF169 isolada de café e (C) controle negativo

    (água destilada esterilizada).

    Figura 7. Exsudação bacteriana a partir de folhas inoculadas com B.andropogonis,

    observação ao microscópio óptico.

    Figura 8. Amplificação por PCR utilizando-se o par de primers espécie-específico para B.

    andropogonis.

    Figura 9. Produtos da amplificação do DNA de linhagens de B. andropogonis utilizando-se o

    par de primers REP R1 e REP 2.

    Figura 10. Produtos da amplificação do DNA de linhagens de B. andropogonis utilizando-se

    o par de primers ERIC R1 e ERIC 2.

    Figura 11. Produtos da amplificação do DNA de linhagens de B. andropogonis utilizando-se

    o primer BOX A1R.

  • Figura 12. Dendrograma de similaridade gerado a partir dos perfis de amplificação das 28

    linhagens de B.andropogonis utilizando os três iniciadores REP, ERIC e BOX-PCR, baseado

    no método de UPGMA utilizando-se o coeficiente de similaridade de Jacard (Sj).

    Figura 13. Árvore filogenética construída a partir das sequências do gene ribossomal RNA

    16S, utilizando-se o método Maximum Likelihood e modelo evolutivo para substituição de

    nucleotídeo GTR+G+I.

    Figura 14. Árvore filogenética construída a partir das sequências dos genes atpD, gltB, gyrB,

    recA e lepA, utilizando-se o método Maximum Likelihood e modelo evolutivo para

    substituição de nucleotídeo GTR+G+I.

    Figura 15. Porcentagem de identidade das sequências das proteínas, indicada apenas pela

    coloração, nas comparações entre os genomas de B. andropogonis e B. cepacia e B. mallei e

    entre os genomas de B. cepacia e B. mallei

    Figura 16. Árvore filogenética construída a partir das sequências concatenadas de 30 genes

    conservados utilizando-se o método Maximum Likelihood e modelo evolutivo para

    substituição de nucleotídeo LG +G+I+F.

    Figura 17. Correlação entre os valores de POCP e a porcentagem de similaridade das

    sequêncas do gene ribosomal RNA 16S de genomas de espécies do gênero Burkholderia,

    Ralstonia, Cupriavidus e Polynucleobacter.

  • LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

    16S RNA ribossomal em procariotos

    ANI Average nucleotide identity

    ATP adenosina trifosfato

    atpD cadeia β da ATP sintase

    BSA albumina sérica bovina

    BOX Elementos Box

    °C graus Celsius

    DNA ácido desoxirribonucléico

    dNTP desoxirribonucleotídeo trifosfatado

    DO densidade óptica

    EDTA ácido etilenodiamino tetracético

    ERIC Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus sequence

    g gramas

    gltB glutamato sintase

    GTR+G+I General Time Reversible plus Gamma distributed with Invariant sites

    gyrB DNA girase subunidade B

    h hora

    IAC Instituto Agronômico de Campinas

    IBSBF Coleção de Culturas de Fitobactérias do Instituto Biológico

    ICMP International Collection of Micro-organisms from Plants, New Zealand

    SJ Coeficiente de Jaccard

    LG+G+I+F Le-Gascuel with frequencies plus Gamma distributed with Invariant sites

    LMG Laboratorium voor Microbiologie, Belgium

    M molar

    ML Maximum Likelihood

    MEGA Molecular Evolutionary Genetics Analysis

    mg miligrama

    MgCl2 cloreto de magnésio

    min minuto

    mL mililitro

    MLSA Multilocus Sequence Analysis

    mM milimolar

  • g micrograma

    μL microlitro

    M micromolar

    NA Nutrient Ágar

    NaCl cloreto de sódio

    NCPPB National Collection of Plant Pathogenic Bacteria, United Kingdom

    ng nanograma

    NJ Neighbor-Joining

    O/F oxidação/fermentação

    ORF open reading frame

    pb pares de base

    PCR Polymerase Chain Reaction

    pH potencial hidrogeniônico

    POCP Percentage of Conserved Proteins

    lepA Proteína de ligação GTP

    qsp quantidade suficiente para

    recA recombinase A

    REP Repetitive extragenic palindromic

    RNA ácido ribonucléico

    rpm rotações por minuto

    seg segundo

    T linhagem Tipo

    TAE Tris - Acetato - EDTA

    TE Tris – EDTA

    TETRA Tetranucleotide Frequency

    TN93+G+I Tamura-Nei plus Gamma distributed with Invariant sites

    Tris Tris (hidroximetil) aminometano

    U Unidade

    UFC unidades formadoras de colônias

    UNICAMP Universidade Estadual de Campinas

    UPGMA Unweighted Pair-Group Method with Arithmetic Mean

  • Sumário 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 17

    2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................................... 18

    2.1 Gênero Burkholderia ................................................................................................................... 18

    2.2 Burkholderia andropogonis ........................................................................................................ 19

    2.3 Rep-PCR ..................................................................................................................................... 20

    2.4 Gene RNA ribossomal 16S ......................................................................................................... 21

    2.5 Análise de Multilocus (MLSA) ................................................................................................... 23

    2.6 Média de identidade dos Nucleotídeos (ANI) ............................................................................. 24

    2.7 Frequências de tetranucleotídeos (TETRA) ................................................................................ 25

    2.8 Análise de proteínas conservadas (POCP) .................................................................................. 26

    3 OBJETIVO GERAL ........................................................................................................................ 29

    3.1 Objetivos específicos................................................................................................................... 29

    4 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................................ 30

    4.1 Linhagens ................................................................................................................................... 30

    4.2 Extração de DNA cromossômico ............................................................................................. 32

    4.3 Autenticação das linhagens de B. andropogonis por amplificação com par o de primers espécie-

    específicos ......................................................................................................................................... 32

    4.3 Caracterização bioquímica e fisiológica .................................................................................. 32

    4.3.1 Produção de ácidos a partir de carboidratos .................................................................... 33

    4.3.2 Utilização de sais sódicos a partir de ácidos orgânicos .................................................. 33

    4.3.3 Produção de urease ............................................................................................................. 33

    4.3.4 Determinação da produção de oxidase ............................................................................. 34

    4.3.5 Teste de oxidação e fermentação (O/F) ............................................................................ 34

    4.3.6 Teste de Arginina Dihidrolase .......................................................................................... 34

    4.3.7 Liquefação de gelatina ....................................................................................................... 34

    4.4 Reação de hipersensibilidade (HR) em plantas de fumo ........................................................ 34

    4.5 Variabilidade patogênica em diferentes plantas hospedeiras ...................................................... 35

    4.6 Análise da diversidade genética por rep-PCR ............................................................................. 36

    4.6 Amplificação e sequenciamento do gene RNA ribossomal 16S ............................................ 37

    4.7 Análise filogenética do gene RNA ribossomal 16S ................................................................ 37

    4.8 Desenho e síntese de primers para análise de MLSA ............................................................ 38

    4.9 Amplificação e sequenciamento de parte dos genes gyrB, recA, lepA, atpD e gltB .............. 39

    4. 10 Análise de MLSA baseada nos genes gyrB, recA, lepA, atpD e gltB .................................. 40

    4.12 Análise de MLSA baseada em 30 genes conservados .......................................................... 41

    4.13 Análises genômicas comparativas ............................................................................................. 43

  • 4.14 Números de acesso .................................................................................................................. 44

    5 RESULTADOS ................................................................................................................................. 45

    5.1 Autenticação das linhagens de B. andropogonis por amplificação com o par de primers espécie-

    específicos ......................................................................................................................................... 45

    5.2 Testes bioquímicos e fisiológicos ............................................................................................ 45

    5.2.1 Produção de ácidos a partir de carboidratos ..................................................................... 45

    5.2.2 Utilização de sais a partir de ácidos orgânicos ................................................................ 45

    5.2.3 Oxidase................................................................................................................................ 45

    5.2.4. Produção de urease............................................................................................................ 46

    5.2.5 Teste de oxidação e fermentação (O/F) ............................................................................ 46

    5.2.6 Teste de arginina dihidrolase ............................................................................................ 46

    5.2.7 Liquefação de gelatina ....................................................................................................... 46

    5.2 Reação de hipersensibilidade (HR) em plantas de fumo ............................................................. 47

    5.3 Variabilidade patogênica em diferentes plantas hospedeiras ...................................................... 48

    5.4 Análise da diversidade genética por rep-PCR ............................................................................. 52

    5.4.1 Análise Combinada de REP-, ERIC- e BOX-PCR .............................................................. 52

    5.5 Análises filogenéticas do gene RNA ribossomal 16S ................................................................. 56

    5.6 Análise de MLSA baseada nos genes gyrB, recA, lepA, atpD e gltB ..................................... 58

    5.7 Montagem do Genoma .............................................................................................................. 60

    5.8 Análise de MLSA baseado em 30 genes conservados ............................................................ 62

    5.9 Análises genômicas comparativas ............................................................................................... 63

    6. DISCUSSÃO .................................................................................................................................... 69

    7 CONCLUSÕES ................................................................................................................................ 73

    8. REFERENCIAS .............................................................................................................................. 75

    9. APÊNDICES .................................................................................................................................... 89

    10. ANEXOS ........................................................................................................................................ 99

  • 17

    1. INTRODUÇÃO

    O gênero Burkholderia pertence à classe β-Proteobacteria e foi proposto por

    Yabuuchi e colaboradores (1992) para acomodar sete espécies que anteriormente faziam parte

    do Grupo II DNAr do gênero Pseudomonas (P. cepacia, P. caryophylli, P. gladioli, P. mallei,

    P. pseudomallei, P. solanaceraum, e P. picketti). Desde então, novas espécies foram descritas,

    muitas espécies foram adicionadas (GILLIS et al., 1995; VIALLARD et al., 1998), e algumas

    removidas do gênero (YABUUCHI et al., 1995). Atualmente, o gênero Burkholderia

    compreende mais de 90 espécies, com ampla distribuição no ambiente, ocorrendo comumente

    no solo, água, animais e principalmente associadas a plantas (EUZÉBY, 1997;

    http://www.bacterio.net).

    A espécie [Bacterium] andropogonis foi descrita inicialmente por Smith (1911)

    como agente causal da doença em sorgo (Sorghum bicolor), mais tarde foi transferida para o

    gênero Pseudomonas (STEVENS, 1925) e com base em experimentos de hibridização DNA-

    RNAr, foi realocada no gênero Burkholderia (GILLIS et al., 1995).

    B. andropogonis possui algumas características particulares, ausentes na maioria

    das bactérias fitopatogênicas, como a presença de um único flagelo polar do tipo embainhado

    (FUERST; HAYWARD, 1969) e produção de rizobiotoxina (MITCHELL, 1994; OKAZAKI

    et al., 2004; VIAL et al., 2007). Além disso, sua gama de hospedeiros é excepcionalmente

    grande, com vasta distribuição geográfica (África, Ásia, Oceânia, Europa e Américas) (EPPO,

    2013).

    Essa espécie bacteriana causa sintomas como manchas e listras foliares em plantas

    hospedeiras economicamente importantes como milho (ULLSTRUP, 1960), café

    (RODRIGUES NETO et al. 1981) e citrus (DUAN et al., 2009), assim como em plantas

    ornamentais como jojoba (COTHER et al., 2004), ruscus (ALMEIDA et al. 2009), primavera

    (LI; De BOER, 2005), cravina (GITAITIS; MILLER; WELLS, 1983), entre outras.

    Linhagens de B. andropogonis são muito semelhantes com relação às

    características morfológicas e fisiológicas (MOFFETT; HAYWARD; FAHY, 1986), no

    entanto, variabilidade genética foi observada por meio da técnica de ribotipagem e RAPD

    (Random Amplified Polymorfic DNA) (BAGSIC-OPULENCIA; HAYWARD; FEGAN,

    2011). Ainda, a incoerente posição taxonômica dessa espécie bacteriana, dentro do gênero

    Bukholderia, foi reportada por meio de análises filogenéticas do gene RNA ribossomal 16S

    (SUÁREZ-MORENO et al., 2012; ESTRADA-DE LOS SANTOS et al 2013).

  • 18

    Com o objetivo de investigar a variabilidade infra-específica de linhagens de

    B.andropogonis isoladas de diferentes hospedeiros e origens geográficas, testes bioquímicos,

    fisiológicos e de patogenicidade foram realizados, assim como o estudo da diversidade

    genética utilizando a técnica de rep-PCR. Ainda, a fim de reavaliar a posição taxonômica

    desta espécie bacteriana dentro do gênero Burkholderia, análises filogenéticas do gene RNA

    ribossomal 16S, análise de multilocus (MLSA) e análises genômicas comparativas como:

    identidade média de nucleotídeos (ANI), frequência de tetranucleotídeos, e porcentual de

    proteínas conservadas (POCP), também foram realizadas.

    2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

    2.1 Gênero Burkholderia

    O gênero Burkholderia é composto por bactérias Gram-negativas, aeróbicas, que

    pertencem à classe β-proteobacteria e à família Burkholderiaceae. Esse gênero foi proposto

    por Yabuuchi e colaboradores (1992) com objetivo de alocar as sete espécies que

    anteriormente faziam parte do Grupo II do gênero Pseudomonas (baseado na similaridade do

    DNAr): P. mallei, P. pseudomallei, P. cepacia, P. solanacearum, P. caryophylli, P. gladioli e

    P. pickettii. Desde então, novas espécies foram descritas, muitas espécies foram adicionadas

    (GILLIS et al., 1995; VIALLARD et al., 1998) e algumas removidas do gênero, como por

    exemplo Ralstonia solanacearum e R. pickettii (YABUUCHI et al., 1995). Atualmente, cerca

    de 90 espécies estão descritas no gênero Burkholderia, englobando micro-organismos com

    elevada diversidade fisiológica e genética. Essas espécies colonizam diferentes nichos como

    solo, água, plantas e animais, no entanto, os representantes patogênicos são os mais

    conhecidos e estudados (EUZÉBY, 1997; http://www.bacterio.net; BONTEMPS et al., 2010).

    Algumas espécies são patogênicas para animais e humanos, como por exemplo,

    membros do complexo Burkholderia cepacia, espécie que foi originalmente descrita como

    agente causal de podridão em bulbos de cebola (BURKHOLDER, 1950) e atualmente é

    considerado patógeno oportunista, podendo causar severa infecção crônica em seres humanos

    afetados pela fibrose cística (ex. Burkholderia cenocepacia, genomovar III). O gênero

    Burkholderia abriga também algumas espécies saprófitas, com possibilidade de utilização na

    agricultura ou no ambiente como agentes de biocontrole (EL BANNA; WINKELMAN, 1998)

    e promotoras de crescimento vegetal, devido à capacidade de produção de hormônios vegetais

    e/ou solubilização de nutrientes (TRÂN VAN et al., 2000). Ainda, ocorrem espécies

    http://www.bacterio.net/

  • 19

    chamadas diazotróficas, que são organismos de solo que aparecem associadas a várias

    espécies de plantas em simbiose devido à sua capacidade em fixar nitrogênio atmosférico,

    como por exemplo: B. kururiensis, B. brasiliensis, B. graminis, B. tropica, B. unamae, B.

    xenovorans, entre outras. Há também espécies que atuam na biorremediação de solo, devido à

    capacidade de degradar compostos xenobióticos (COENYE; VANDAMME, 2003; WANG et

    al., 2006). Esta notável versatilidade do gênero Burkholderia reflete a sua habilidade em

    utilizar uma ampla gama de substâncias orgânicas como fontes de carbono, o que contribui

    para sua capacidade em colonizar e sobreviver nos mais variados ambientes (COYNE;

    VANDAMME, 2003).

    2.2 Burkholderia andropogonis

    A espécie bacteriana B. andropogonis foi primeiramente isolada a partir de lesões

    foliares em plantas de sorgo (Sorghum bicolor), nos E.U.A, e descrita como Bacterium

    andropogonis por Smith em 1911. Mais tarde foi classificada como Pseudomonas

    andropogonis por Stevens (1925) e com base em hibridações DNA-RNAr, foi realocada no

    gênero Burkholderia por Gillis e colaboradores (1995).

    Burkholderia andropogonis provoca manchas, listras ou estrias foliares em uma

    gama de hospedeiros excepcionalmente ampla, incluindo plantas economicamente

    importantes como o milho e sorgo (ULLSTRUP, 1960), mucuna e trevo (BURKHOLDER,

    1957), café (RODRIGUES NETO et al., 1981), citros (DUAN et al., 2009) e plantas

    ornamentais como orquídeas, cravo, cravina, estrelitzia, tulipa, primavera, lavanda-do-mar

    (MOFFETT; HAYWARD; FAHY, 1986; GOTO, 1992; ROBBS et al. 1995), pau-formiga

    (ROBBS et al., 1981), jojoba (COTHER et al., 2004), ruscus (ALMEIDA et al., 2009) entre

    outras. Além disso, possui uma extensa distribuição geográfica, sendo encontrada na África,

    Ásia, Oceania, Europa e Américas (EPPO, 2013).

    As diferentes linhagens de B. andropogonis isoladas de diferentes hospedeiros e

    regiões geográficas são muito semelhantes nas características morfológicas e fisiológicas

    (MOFFETT; HAYWARD; FAHY, 1986). Ainda, possuem características únicas, ausentes na

    maioria das bactérias fitopatogênicas, como a presença de um único flagelo polar embainhado

    (FUERST; HAYWARD, 1969) e produção de metabólitos secundários do tipo rizobiotoxina.

    A rizobiotoxina, também produzida pela espécie de Bradyrhizobium elkanii

    (Rhizobium japonicum) é uma molécula cuja estrutura foi descrita em 1972 como um enol-

    éter aminoácido capaz de inibir a ACC sintase (1-aminociclopropano-1-carboxilato) na rota

  • 20

    de biossíntese do etileno (MITCHELL, 1994; OKAZAKI et al 2004; VIAL et al 2007). A

    síntese de etileno nas plantas, além de estimular amadurecimento de frutos, a senescência de

    flores e folhas e a abscisão de folhas e frutos, entre outras funções, também está envolvida em

    resposta de defesa a patógenos (TAIZ; ZEIGER, 2004). As plantas respondem a infecções

    com o aumento da biossíntese de etileno (ABELES; MORGAN; SALTVEIT, 1992),

    apresentando-se, assim, como uma importante ferramenta, de origem natural, no controle de

    doenças (KESSMANN et al., 1994).

    2.3 Rep-PCR

    A técnica de rep-PCR, que utiliza sequências repetitivas do DNA genômico, pode

    ser utilizada na identificação e diferenciação de fitobactérias (RAMUNDO; CLAFIN, 2005).

    A identificação de sequências consenso nesses elementos permitiu o desenho de primers

    específicos para as sequências REP (Repetitive extragenic palindromic) e ERIC

    (Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus sequence) e BOX (Box elements)

    (VERSALOVIC et al., 1991; MARTIN et al., 1992). Versalovic e colaboradoes (1991)

    demonstraram que sequências homólogas a REP e ERIC estão presentes em gêneros bastante

    diversos de bactérias, especialmente em Gram-negativas, e que os produtos de REP e ERIC-

    PCR geram padrões bastante característicos, constituindo um método potencial para

    fingerprint de genomas bacterianos.

    Em 1992, de Bruijn demonstrou a aplicação de perfis de REP- e ERIC-PCR no

    estudo de bactérias isoladas de solo, incluindo os gêneros Rhizobium, Bradyrhizobium,

    Azorhizobium, Agrobacterium e membros do gênero Pseudomonas, confirmando os dados de

    Versalovic e colaboradores (1991) quanto à aplicação desse método em análises moleculares

    e taxonômicas de bactérias. de Bruijn (1992) demonstrou que até linhagens de Rhizobium

    altamente relacionadas puderam ser diferenciadas com base nesse tipo de análise. Este método

    foi amplamente aplicado por outros pesquisadores na microbiologia ambiental, incluindo

    fitobactérias Gram-negativas, Gram-positivas (RADEMAKER; JANSEN, 1994; LOUWS et

    al., 1997), e actinomicetos associados a plantas (CLARK et al., 1998).

    Para o gênero Xanthomonas estas sequências têm sido muito utilizadas em

    estudos de diferenciação, identificação e relações filogenéticas entre as linhagens (LOUWS et

    al., 1994; LOUWS et al., 1995; OPGENORTH et al., 1996; BOUZAR et al., 1999;

    RADEMAKER et al., 2000). A combinação de BOX- e ERIC-PCR permitiu a clara separação

    http://www.mundoeducacao.com/biologia/frutos.htmhttp://www.mundoeducacao.com/biologia/flor.htmhttp://www.mundoeducacao.com/biologia/folha.htm

  • 21

    de X. albilineans de outras bactérias do gênero, alocando esta espécie bacteriana em grupos

    distintos por localizações geográficas e sorovares (LOPES et al., 2001).

    A mesma técnica também foi utilizada para analisar 41 linhagens de Ralstonia

    solanacearum isoladas de diferentes hospedeiros e/ou regiões geográficas, no entanto,

    nenhuma correlação quanto à raça, biovar ou origem geográfica foi observada (RODRIGUES

    et al. 2012).

    Para o gênero Burkholderia, a diversidade genética de 25 linhagens de B. glumae,

    espécie patogênica ao arroz, foi analisada utilizando-se os iniciadores ERIC-, BOX- e REP-

    PCR. Os padrões das bandas observados em géis de agarose foram altamente semelhantes

    entre as linhagens de B. glumae e totalmente diferentes de outras espécies do gênero

    Burkholderia como: B. plantarii; B. andropogonis; B. cepacia e B. gladioli (SAYLER, 2006).

    Ainda, Ramundo e Claflin (2005) utilizaram sequências repetitivas geradas pelo elemento

    BOX, para identificar e diferenciar 30 linhagens de B. andropogonis isoladas a partir de

    lesões foliares em plantas de sorgo, de outras bactérias fitopatogênicas, também isoladas de

    sorgo, uma vez que este elemento gerou um perfil de fingerprint único para as linhagens B.

    andropogonis isoladas da mesma planta hospedeira.

    2.4 Gene RNA ribossomal 16S

    O gene RNA ribossomal 16S é considerado um marcador filogenético universal

    para procariotos e está presente nos diferentes grupos de seres vivos. Uma parte substancial

    desse gene é conservada em todos os gêneros bacterianos e sua variabilidade apresenta-se em

    menor parte, permitindo estimar distâncias genealógicas em estudos filogenéticos (LANE et

    al., 1985; HENZ et al., 2005).

    A automação das técnicas de sequenciamento do DNA gerou grande impacto no

    uso de sequências do gene RNA ribossomal 16S como marcador molecular, resultando num

    alto número de sequências disponíveis em bases de dados para pesquisa de livre acesso, como

    GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) e RDP (Ribosomal Database Project, Wisconsin,

    USA) (http://www.cme.msu.edu/RDP/htmL/index.htmL) (GURTLER; STANISICH, 1996).

    Sendo assim, não existe nenhum outro gene que tenha sido tão bem caracterizado e estudado

    quanto o gene RNA ribossomal 16S e com o uso dessas sequências a reclassificação de

    muitos gêneros e espécies tem sido possível, assim como a descrição de novas espécies

    (WOO et al., 2008).

  • 22

    Originalmente sugerido por Woese (1987), a compreensão sobre filogenia dos

    procariontes baseia-se no grau de similaridade das sequências desse gene (WEISBURG et

    al.,1991; STACKEBRANT; GOEBEL, 1994; TINDALL et al. 2010). Linhagens pertencentes

    à mesma espécie, geralmente, apresentam similaridade maior que 97% e espécies distintas,

    pertencentes ao mesmo gênero, geralmente, apresentam similaridade maior que 95%

    (STACKEBRANDT; GOEBEL, 1994; TINDALL et al., 2010). Segundo Yarza e

    colaboradores (2008) a média de compartilhamento das sequências do gene RNA ribossomal

    16S entre espécies distintas dentro de um mesmo gênero é de 96,4%.

    A análise do gene RNA ribossomal 16S tem sido muito utilizada em estudos

    taxonômicos do gênero Burkholderia (VIALLARD et al., 1998; VANLAERE et al., 2008;

    ESTRADA-DE LOS SANTOS et al., 2013). Vanlaere e colaboradores (2008) utilizaram a

    similaridade desse gene para descrever novas espécies dentro do complexo Burkholderia

    cepacia e reportaram que linhagens pertencentes à mesma espécie compartilharam níveis

    superiores a 98%. No trabalho desenvolvido por Estrada-de los Santos e colaboradores

    (2013), a árvore filogenética de espécies do gênero Burkholderia, gerada a partir do gene

    ribossomal RNA 16S, revelou a formação de dois agrupamentos principais com vários

    subgrupos, indicando grande diversidade entre as espécies. Nessa mesma análise, a espécie B.

    andropogonis permaneceu alocada em um ramo distinto, separada dos agrupamentos

    principais. A mesma observação já havia sido relatada por Viallard e colaboradores (1998) em

    estudo para descrever B. graminis, uma nova espécie dentro do gênero Burkholderia. Nesse

    estudo, a árvore filogenética do gene RNA ribossomal 16S revelou a formação de um grupo

    principal composto por todas as espécies de Burkholderia, no entanto a espécie B.

    andropogonis foi diferente o suficiente para ser alocada em um ramo separado das demais

    espécies.

    A análise desse gene também foi utilizada por Duan e colaboradores (2009) para

    descrever uma nova doença em Citrus sp., causada por B. andropogonis. A árvore

    filogenética construída mostrou que as linhagens de B. andropogonis isoladas de Citrus sp.

    ficaram agrupadas com outras linhagens da espécie B. andropogonis, com 99% de

    similaridade entre as sequências, entretanto, essas linhagens permaneceram separadas das

    outras espécies do gênero Burkholderia.

  • 23

    2.5 Análise de Multilocus (MLSA)

    Embora a comparação entre as sequências do gene RNA ribossomal 16S seja

    considerada útil para permitir a análise de relações filogenéticas entre micro-organismos e

    essa análise seja uma ferramenta integrante em estudos taxonômicos (WEISBURG et al.,

    1991; STACKEBRANT; GOEBEL , 1994 ), segundo dados de literatura, em alguns casos, a

    informação filogenética com base apenas nesta molécula pode não ser suficiente para

    distinguir espécies estreitamente relacionadas e elucidar suas relações evolutivas

    (HARAYAMA, 1998; DAHLLOF; BAILLIE; KJELLEBERG, 2000; PAYNE et al., 2005;

    YAMAMOTO). O uso de sequências de nucleotídeos de genes codificadores de proteínas,

    housekeeping, pode representar uma alternativa útil ou complementar para estudos de

    taxonomia (MAIDEN et al., 1998; PAYNE et al., 2005). O emprego de vários destes genes na

    taxonomia bacteriana tem se mostrado o método mais adequado para análises em nível de

    gênero e espécie, uma vez que integram as informações de diferentes relógios moleculares em

    todo cromossomo bacteriano (PALYS; NAKAMURA; COHAN, 1997; STACKEBRANDT

    et al., 2002; LERAT; DAUBIN; MORAN, 2003; ZEIGLER, 2003; VENTURA et al., 2004).

    Os genes housekeeping (genes constitutivos estruturais ou de regulação celular)

    estão amplamente distribuídos nos genomas bacterianos e geralmente se apresentam em cópia

    única (PALYS; NAKAMURA; COHAN, 1997; ZEIGLER, 2003). Nas análises de multilocus

    (MLSA - Multilocus Sequence Analysis) as sequências desses genes são utilizadas em análises

    filogenéticas e na construção de matrizes de similaridade, sendo bastante eficiente na

    separação de espécies dentro de um gênero (CHRISTENSEN et al. 2007). Esta técnica

    consiste no sequenciamento e análises de 5 a 7 genes conservados, espaçados ao longo do

    genoma bacteriano com pelo menos 100 kilobases (Kb) de distância (ZEIGLER, 2003).

    Estudos de MLSA têm sido realizados para diferenciação, classificação e

    identificação de diversos micro-organismos. Análises de MLSA do gênero Stenotrophomonas

    forneceram informações suficientes para a classificação adequada das espécies dentro do

    gênero (RAMOS et al., 2011). Young e colaboradores (2008) utilizaram sequências

    concatenadas de genes housekeeping de espécies do gênero Xanthomonas e diferenciaram

    claramente a maioria das espécies incluídas no estudo, indicando que esta técnica é uma

    ferramenta eficiente em investigações adicionais de classificação de espécies dentro do gênero

    Xanthomonas, tanto para a confirmação de espécies já determinadas como na identificação de

    novas espécies.

  • 24

    Espécies do gênero Streptomyces também já foram avaliadas pela técnica de

    MLSA utilizando-se sequências de genes housekeeping (CORRÊA, 2015). No estudo,

    realizado por Corrêa (2015), foi possível a clara diferenciação das espécies Tipo do gênero e

    identificação de linhagens causadoras da sarna da batata no Brasil, confirmando a eficiência

    desta técnica para este gênero.

    Um estudo filogenético por meio de análises de MLSA também foi realizado para

    o gênero Burkholderia. Nas análises das sequências concatenadas dos genes atpD, gltB, lepA,

    recA e 16S RNAr foi possível diferenciar espécies de Burkholderia de outras espécies do

    gênero Ralstonia e Cupriavidus, assim como verificar a grande diversidade genética existente

    entre as espécies desse gênero (ESTRADA-DE LOS SANTOS et al., 2013).

    2.6 Média de identidade dos Nucleotídeos (ANI)

    A hibridização DNA-DNA (DDH) amplamente utilizada por taxonomistas

    bacterianos desde a década de 1960, é uma das poucas técnicas universalmente disponíveis,

    que permite comparações globais de similaridade entre dois genomas antes do

    sequenciamento completo do genoma (McCARTHY; BOLTON, 1963; SCHILDKRAUT;

    MARMUR; DOTY, 1961). Essa técnica foi considerada o "padrão ouro" para a demarcação

    das espécies bacterianas, onde linhagens que exibem, sob condições controladas de ensaio,

    valores de hibridização DNA-DNA superiores a 70% em seus genomas são consideradas de

    mesma espécie (WAYNE et al., 1987; TINDALL et al., 2010). No entanto, além de ser uma

    técnica muito laboriosa, sua principal desvantagem é a impossibilidade de se construir um

    banco de dados a partir de seus resultados (GEVERS; COHAN; LAWRENCE, 2005).

    Com a era da genômica e com o avanço de novas tecnologias, o sequenciamento

    de genomas completos tornou-se mais acessível e novas possibilidades de estudos genômicos

    vem sendo exploradas com grande potencial de se tornar um parâmetro taxonômico de rotina,

    que irá substituir a técnica de hibridização DNA-DNA (KIM; PARK; CHUN, 2014).

    A média de identidade dos nucleotídeos (ANI- Average nucleotide identity)

    (KONSTANTIDINIS; RAMETTE; TIEDJE, 2006) tem sido muito utilizada como um

    possível “padrão ouro” de próxima geração para identificar e delimitar espécies bacterianas

    (GORIS et al., 2007; KONSTANTINIDIS; TIEDJE, 2005; RICHTER; ROSSELLÓ-MÓRA,

    2009; HALEY et al., 2010; CHAN et al., 2012;. YI et al., 2012; GRIM et al., 2013). A análise

    de ANI representa uma média dos valores de identidade/similaridade entre regiões homólogas

    compartilhadas por dois genomas. Valores ANI de 95-96% equivalem a um valor de

  • 25

    hibridização de 70% e pode ser utilizado como um limite para delimitar espécies. Os valores

    de ANI baseiam-se no alinhamento par a par de trechos do genoma e a confiabilidade de seus

    resultados está diretamente relacionada com a quantidade e qualidade dos fragmentos de

    DNA alinhados (GORIS et al., 2007; RICHTER; ROSSELLÓ-MÓRA, 2009).

    Goris et. al., (2007) compararam valores de hibridização DNA-DNA com valores

    de ANI de 28 linhagens de 6 distintos grupos, representantes de patógenos oportunistas e

    espécies ambientais, Gram-positivas e Gram-negativas: Bacillus cereus, espécies de

    Burkholderia, Escherichia coli, espécies de Shigella e Pseudomonas, Shewanella e

    Streptococcus agalactiae. Uma boa correlação entre essas duas técnicas foi reportada, sendo

    que o valor de corte de 70% na hibridização para delimitação de espécies correspondeu ao

    valor de 95% de ANI. Os autores concluíram que considerando o custo cada vez menor com o

    sequenciamento do DNA, a técnica de ANI poderá, futuramente, substituir a hibridização

    DNA-DNA.

    No estudo desenvolvido por Kim e colaboradores (2014), mais de um milhão

    comparações foram realizadas, utilizando 6.787 genomas de procariotos, pertencentes a 22

    diferentes filos. Os autores compararam a técnica de ANI com a similaridade do gene RNA

    ribossomal 16S e concluíram que os valores de corte de 95-96% de ANI para delimitar novas

    espécies correspondem à porcentagem de similaridade de 98,6% das sequências do gene RNA

    ribossomal 16S , propondo a substituição do valor de corte de 97% (Stackebrandt e Goebel,

    1994) pelo valor de 98,6%.

    2.7 Frequências de tetranucleotídeos (TETRA)

    As frequências dos tetranucleotídeos (TETRA- Tetranucleotide frequency) nas

    sequências genômicas exibem um padrão espécie-específico definindo a “assinatura do

    genoma” (KARLIN; CAMPBELL; MRÁZEK, 1998; KARLIN; LADUNGA; BLAISDELL,

    1994; KARLIN; BURGE, 1995; NAKASHIMAET et al., 1998) e o uso desses padrões pode

    ser considerado um marcador filogenético bastante sólido (PRIDE et al., 2003).

    A análise comparativa das frequências de tetranucleotídeos não necessita do

    alinhamento entre as sequências e foi considerado por alguns autores como um método

    adequado, de alto rendimento, que pode ajudar, principalmente, na identificação de

    fragmentos em estudos de metagenômica, podendo se utilizado como um indicador de

    parentesco entre as espécies analisadas (TEELING et al., 2004).

  • 26

    No emprego dessa técnica, as frequências de todos os possíveis 256

    tetranucleotídeos e suas correspondentes frequências esperadas são calculadas. As

    divergências entre os valores observados e os valores esperados são transformadas em z-

    scores para cada tetranucleotídeo e todas as sequências são comparadas aos pares pelo cálculo

    de Coeficiente de Correlação de Pearson Em resumo, se os dois fragmentos genômicos

    exibirem padrões semelhantes de tetranucleótidos, mais alto será seu coeficiente de correlação

    (TEELING et al., 2004).

    Com objetivo de comparar a frequência de tetranucleótideos com a análise de

    conteúdo G+C, 9.054 fragmentos de genomas foram extensivamente avaliados por Teeling e

    colaboradores (2004) e os resultados mostraram que o poder discriminatório da análise de

    TETRA é superior aos conteúdos de G+C. Ainda, Dick e colaboradores (2009), analisaram

    dados de sequências de metagenômica de duas comunidades de biofilme compostas por

    genomas reconstruídos de nove archaeas, três bactérias e numerosos vírus e concluíram que

    apesar das restrições funcionais e ambientais, transferência lateral de genes e pressões

    impostas pela predação viral, as assinaturas do genoma podem ser utilizadas para diferenciar

    populações microbianas que coexistem. Pride e colaboradores (2003) analisaram 27 genomas

    inteiros, incluindo bactérias Gram-negativas, Gram-positivas e archaeas e observaram que

    existe semelhança entre a topologia da árvore filogenética gerada a partir das frequências de

    tetranucleotídeos com a topologia da árvore filogenética gerada a partir do gene RNA

    ribossomal 16S , e concluíram que a técnica de cálculo da frequência de tetranucleotídeos

    pode ser considerada uma alternativa complementar em estudos de filogenia.

    2.8 Análise de proteínas conservadas (POCP)

    A nomenclatura binominal (gênero e espécie) introduzida na classificação

    botânica por Linnaeus, aceita para eucariotos e procariotos, tem sido utilizada desde o século

    18 (SANGSTER; POPE, 2000). Muitos trabalhos foram dedicados à classificação em nível de

    espécie e conceitos valiosos foram propostos, como os já descritos nos tópicos anteriores.

    Na classificação em nível de gênero, o sequenciamento e análise do gene

    ribossomal 16S RNA, ainda desempenha um papel primordial em estudos de taxonomia e

    segundo Yarza e colaboradores (2008), um novo gênero tem, aproximadamente, 6% de

    divergência nas sequências do gene RNA ribossomal 16S com as espécies do seu gênero

  • 27

    mais próximo. Além disso, linhagens pertencentes ao mesmo gênero, normalmente formam

    um ramo monofilético estreitamente relacionado na árvore filogenética.

    De acordo com Qin e colaboradores (2014), características fenotípicas também

    podem ser consideradas. Embora possa não haver características únicas em comum para todas

    as espécies do mesmo gênero, características fenotípicas diferentes de gêneros relacionados

    podem auxiliar na indicação de um novo gênero. Geralmente, se uma linhagem formar um

    grupo monofilético na análise filogenética, mostrando cerca de 6% de divergência nas

    sequências do gene RNA ribossomal 16S dos seus gêneros mais intimamente relacionados, e

    possuir diferenças fenotípicas, exclusivas, pode-se propor que essa linhagem represente um

    novo gênero (QIN et al., 2014).

    Com o rápido desenvolvimento do sequenciamento de genomas, a disponibilidade

    de sequências em banco de dados de livre acesso estão aumentando consideravelmente

    (SHENDURE; JI, 2008). As informações genômicas disponíveis estão sendo aplicadas para

    definição e classificação de espécies, no entanto, a contribuição das sequências do genoma

    para a classificação de gêneros tem sido menos explorada (QIN et al., 2014).

    As proteínas são responsáveis pela execução dos processos funcionais das células,

    e todas as características morfológicas, fisiológicas e bioquímicas e de uma linhagem têm seu

    fundamento com base nas proteínas. A análise de proteínas conservadas (POCP- Percentage

    of conserved proteins) proposta por Qin e colaboradores (2014), baseia-se, no alinhamento de

    todas as sequências protéicas do “genoma consulta” com todas as sequências protéicas do

    genoma da linhagem analisada, utilizando-se o programa BLASTP (ALTSCHUL et al.,

    1997). Para cada comparação em pares, uma linhagem deve ser utilizada como “genoma

    consulta” e outra como “genoma analisado” e posteriormente a posição das linhagens deve ser

    trocada, resultando em comparações recíprocas. O número de proteínas conservadas pode ser

    levemente diferente quando se inverte a posição de cada linhagem devido à presença de genes

    duplicados.

    Nessa técnica, as proteínas são consideradas conservadas quando apresentam mais

    de 50% de sequências alinhadas e mais de 40% de identidade entre as sequências das duas

    linhagens avaliadas. A porcentagem de proteínas conservadas é calculada conforme a

    fórmula: [(C1+C2)/(T1+T2)]x100%, sendo que C1 e C2 representam o número de proteínas

    encontradas nas comparações aos pares entre os dois genomas, e T1 e T2 representam o

    número total de proteínas dos genomas (QIN et al., 2004)

  • 28

    A análise de POCP foi avaliada como uma ferramenta que pode ser utilizada para

    a delimitação em nível de gênero e inferir sua relação genética e evolutiva. Com base na

    análise de POCP de 235 genomas de 8 diferentes filos, 12 ordens e 97 gêneros, Qin e

    colaboradores (2014) concluíram que gêneros bacterianos podem ser definidos como um

    grupo de espécies que apresentam mais que 50% de proteínas conservadas.

  • 29

    3 OBJETIVO GERAL

    Caracterizar linhagens de Burkholderia andropogonis isoladas de diferentes

    hospedeiros por meio de testes bioquímicos, moleculares e de patogenicidade e reavaliar a

    posição taxonômica dessa espécie bacteriana por meio de análises filogenéticas e análises

    genômicas comparativas.

    3.1 Objetivos específicos

    Caracterização bioquímica e fisiológica de diferentes linhagens de B. andropogonis;

    Avaliação da patogenicidade em diferentes plantas hospedeiras por meio de inoculações

    artificiais em casa de vegetação.

    Análise da diversidade genética por meio da técnica de rep-PCR (BOX, ERIC E REP-

    PCR);

    Análise filogenética do gene RNA ribossomal 16S ;

    Análise filogenética por meio da técnica de multilocus (MLSA);

    Análises genômicas comparativas por meio das técnicas: Identidade Média de

    Nucleotídeos (ANI), Frequência de Tetranucleotídeos (TETRA) e Porcentual de Proteínas

    Conservadas (POCP).

  • 30

    4 MATERIAIS E MÉTODOS

    4.1 Linhagens

    Foram utilizadas 42 linhagens de B. andropogonis cedidas pela Coleção de

    Culturas de Fitobactérias do Instituto Biológico (IBSBF), do Laboratório de Bacteriologia

    Vegetal do Centro Experimental do Instituto Biológico, Campinas, SP. (Tabela 1).

  • 31

    Tabela 1. Linhagens de B. andropogonis utilizadas nesse estudo.

    IBSBF Hospedeiro Origem Outras Coleções

    155* Triplaris filipensis Brasil

    165 Coffea arabica Brasil

    166 Coffea arabica Brasil

    169* Coffea arabica Brasil

    199T* Sorghum bicolor E.U.A. ATCC 23061

    236* Mucuna deeringiana Zimbábue ATCC 2329

    237* Bougainvillea sp. Zimbábue ICMP 3996

    396* Sorghum bicolor Brasil ICMP 8039

    398* Dianthus caryophyllus E.U.A. ATCC 19311

    399* Dianthus caryophyllus Suécia ICMP 4003

    406* Sorghum bicolor Brasil ICMP 8042

    520* Dianthus caryophyllus Brasil NCPPB 3444

    854* Zea mays E.U.A. ATCC 23062

    1123 Bougainvillea sp. Brasil

    1124 Bougainvillea sp. Brasil

    1125* Bougainvillea sp. Brasil

    1129 Bougainvillea sp. Brasil

    1130 Bougainvillea sp. Brasil

    1134* Vaccinium sp. Austrália Hayward 933b

    1135* Ceratonia siliqua Austrália Hayward 1278

    1136* Gypsophila sp. Austrália Hayward 1424

    2594* Ruscus sp. Brasil

    2595 Ruscus sp. Brasil

    3092* Cicer arietinum Austrália ICMP 7076

    3101* Trifolium repens E.U.A ICMP 3997

    3102* Simmondsia chinensis Austrália ICMP 14568

    3126* Setcreasea pallida E.U.A ICMP 8685

    3127* Limonium sinuatum Austrália ICMP 11987

    3196 Dianthus caryophyllus Nova Zelândia ICMP 7855

    3197 Dianthus caryophyllus Nova Zelândia ICMP 7856

    3199 Simmondsia chinensis Austrália ICMP 14567

    3200 Coffea arabica Brasil ICMP 6779

    3201 Triplaris filipensis Brasil ICMP 9905

    3202 Vaccinium sp. Austrália ICMP 11986

    3203 Sorghum sp. Austrália ICMP 11988

    3204 Setcreasea pallida E.U.A ICMP 8665

    3163 Sorghum bicolor Japão LMG 6874

    3164 Dianthus caryophyllus Austrália LMG 6950

    3165 Bougainvellea sp. Zimbábue LMG 6872

    3166 Trifolium repens Austrália LMG2327

    3167 Trifolium repens E.U.A LMG 6875

    3168 Zea mays E.U.A LMG 2128 IBSBF (Coleção de Cultura de Fitobactérias do Instituto Biológico, São Paulo, Brasil); ATCC (American

    Type Culture Collection, USA); ICMP (International Collection of Micro-organisms from Plants, New

    Zealand); NCPPB (National Collection of Plant Pathogenic Bacteria, United Kingdom), LMG (Laboratory

    of Microbiology Gent Bacteria Collection).*Linhagens selecionadas para os testes de patogenicidade em

    diferentes plantas hospedeiras; Hayward, C.(Centre for Bacterial Diversity and Identi¢cation, Department of

    Microbiology, The University of Queensland, Brisbane, Qld. 4072 Austrália).

  • 32

    4.2 Extração de DNA cromossômico

    A extração do DNA cromossômico das linhagens de B. andropogonis foi

    realizada de acordo com a metodologia descrita por Pitcher e colaboradores (1989). A pureza

    e quantificação dos DNAs das amostras foram realizadas através de eletroforese em gel de

    agarose 0,6% em tampão TAE 1X (0,04 M Tris-acetato/0,001 M EDTA). Os géis foram

    corados com brometo de etídeo (10 mg/mL), visualizados em transiluminador de luz ultra-

    violeta e fotografados em sistema digital Alpha Innotech 2200.

    4.3 Autenticação das linhagens de B. andropogonis por amplificação com par o de

    primers espécie-específicos

    Testes preliminares foram realizados para confirmação da especificidade do par

    de primers espécie-específicos para B. andropogonis Pf (5’ AAG TCG AAC GGT AAC

    AGG GA 3’) e Pr (5’ AAA GGA TAT TAG CCC TCG CC 3’), descrito por Bagsic e

    colaboradores (1995). Para a autenticação das 42 linhagens de B. andropogonis as

    amplificações do DNA genômico foram realizadas em reações de 25 µL contendo 100 ng de

    DNA genômico; 2,0 U de enzima Taq polimerase (Fermentas); 1X de tampão da enzima Taq

    DNA polimerase (Fermentas); 200 µM do mix de dNTPs; e 0,4 μM de cada primer. O

    programa de amplificação das amostras consistiu de um ciclo de desnaturação inicial a

    96 °C/5 min.; seguido de 25 ciclos a 94 °C/30 seg.; 62 °C/30 seg. e 72 °C/5 min; e um ciclo

    de extensão final a 72 °C/5 min. As amplificações foram realizadas em termociclador

    (Axygen MaxyGene, California, USA) e os produtos de amplificação foram submetidos à

    eletroforese em gel de agarose 1,5% em tampão TAE 1X e visualizados de acordo com o

    descrito no item anterior.

    4.3 Caracterização bioquímica e fisiológica

    A caracterização bioquímica e fisiológica foi realizada para as 42 linhagens de B.

    andropogonis, de acordo com Schaad e colaboradores (2001). As leituras dos ensaios foram

    realizadas após 2, 4, 7, 14 e 21 dias da inoculação e todos os testes foram efetuados em

    duplicata. Nos testes em que resultados negativos eram esperados, segundo a literatura,

    linhagens bacterianas sabidamente positivas para os referidos testes foram utilizadas como

    controle positivo. Como controle negativo utilizou-se o meio de cultivo sem a adição do

    inóculo bacteriano, apenas água destilada esterilizada.

  • 33

    4.3.1 Produção de ácidos a partir de carboidratos

    Os testes foram realizadas em meio básico C (DYE, 1968) [NH4 H2 PO4 (0,5 g),

    K2 HPO4 (0,5 g), Mg SO4. 7H2O (0,2 g) NaCl (0,5 g), extrato de levedo (1,0 g), ágar (12 g) e

    água destilada (q.s.p. 1000 mL), pH 6,8], distribuído assepticamente em tubos de ensaio (2

    mL) após autoclavagem a 121 °C/20 min./1 atm.

    Todos os carboidratos foram esterilizados separadamente por filtração (membrana

    0,22 µm) e adicionados ao meio básico para concentração final de 0,4%. Foram utilizadas as

    seguintes fontes: L(+)/L(-) arabinose; D(-) arabinose; frutose; galactose; manitol; D-sorbitol;

    celobiose; eritrol, maltose; sacarose e salicina. Após a adição dos carboidratos, 100 µL de

    suspensão de cada linhagem, na concentração de 108 UFC/mL (DO590 = 0,13), foram

    adicionados aos tubos separadamente.

    4.3.2 Utilização de sais sódicos a partir de ácidos orgânicos

    Os testes foram efetuados em meio básico OAA modificado (WILKIE; DYE,

    1973) [NH4 H2 PO4 (1,0 g); KCl (0,2 g); Mg SO4. 7H2O (0,2 g); extrato levedo (0,8 g), azul de

    bromotimol (BTB) 0,0016% e água destilada (q.s.p. 1000 mL), pH 6,8], distribuído

    assepticamente em tubos de ensaio (2 mL) após autoclavagem. Os sais de ácidos orgânicos

    foram esterilizados separadamente por filtração e adicionados ao meio básico para

    concentração final de 0,2%. Foram testados os seguintes ácidos: citrato; malonato; succinato;

    propianato e acetato. As suspensões de cada linhagem foram inoculadas separadamente de

    acordo com o descrito no item anterior.

    4.3.3 Produção de urease

    A atividade da urease foi avaliada pelo método descrito por Dye (1962) [NaCl

    (5,0 g), KH2PO4 (2,0 g), D-glucose (1,0 g), Ágar (15,0 g), vermelho fenol (0,0016%) e água

    destilada (q.s.p. 1000 mL), pH 6,8 – 7,0], com adição de solução aquosa de uréia 20%,

    previamente esterilizada, resultando na concentração final de 2%. O meio basal sem a solução

    aquosa de uréia foi utilizado como controle. Ambos os meios foram inoculados com as

    suspensões de cada linhagem, como descrito no item 4.3.1.

  • 34

    4.3.4 Determinação da produção de oxidase

    Para a determinação da enzima oxidase adotou-se o método de Kovacs (1956).

    Cerca de 10 µL de uma solução aquosa a 1% de N-N-dimetil-p-fenilenediamino (reagente

    fotossensível mantido no escuro) foram depositados em um pedaço de papel filtro. Com o

    auxílio de uma alça de platina, coletou-se uma quantidade da cultura bacteriana a ser testada,

    transferindo-a para o papel de filtro embebido com a solução. A leitura foi realizada em até 15

    segundos após o contato da cultura com o reagente.

    4.3.5 Teste de oxidação e fermentação (O/F)

    O meio basal utilizado nessa análise foi o descrito por Hugh e Leifson (1953)

    [peptona (2,0 g), NaCl (5,0 g), K2HPO4 (0,3 g), ágar (3,0 g) BTB (solução aquosa 1%) e

    água destilada (q.s.p. 1000 mL), pH 7,1] com adição de 5 mL de glicose 40% previamente

    filtrada. O meio foi distribuído em tubos de ensaio (2 mL) e as linhagens bacterianas foram

    inoculadas com auxilio de uma alça de platina reta. As linhagens também foram inoculadas

    em tubos contendo óleo mineral esterilizado para promover um ambiente anaeróbio.

    4.3.6 Teste de Arginina Dihidrolase

    Os testes foram efetuados em meio básico 2A (THORNLEY, 1960) [peptona (1,0

    g); NaCl (5,0 g); K2HPO4 (0,3 g); Ágar (3,0 g) vermelho fenol (0,01 g); L(+) arginina HCl

    (10,0 g); água destilada (q.s.p. 1000 mL), pH 7,2]. O meio foi distribuído em tubos de ensaio

    (2 mL) e as linhagens bacterianas foram inoculadas com auxilio de uma alça de platina reta.

    4.3.7 Liquefação de gelatina

    Os testes foram efetuados em meio básico contendo: extrato de levedo (3,0 g);

    peptona (5,0 g); gelatina BDH (120 g); água destilada (q.s.p. 1000 mL). O meio foi

    distribuído em tubos de ensaio (2 mL). Cem microlitros de suspensão de cada linhagem, na

    concentração de 108 UFC/mL, foram adicionados aos tubos separadamente. Após o

    crescimento bacteriano (5 dias) os tubos foram incubados a 4 °C por 30 min antes da leitura.

    4.4 Reação de hipersensibilidade (HR) em plantas de fumo

    Suspensões bacterianas das 42 linhagens de B. andropogonis foram preparadas

    em água destilada esterilizada a partir de colônias de células em crescimento exponencial

    (48h/ 28 °C) em meio de cultivo Ágar Nutriente (NA), e ajustadas para concentração de 1 ×

  • 35

    108 UFC/mL. As inoculações foram realizadas por infiltração nas nervuras da parte abaxial de

    cada folha. Como controle negativo, utilizou-se água destilada esterilizada, e as leituras

    foram realizadas com 24-48 horas após a inoculação.

    4.5 Variabilidade patogênica em diferentes plantas hospedeiras

    Vinte e uma linhagens de B. andropogonis, isoladas de diferentes plantas

    hospedeiras e diferentes países, foram selecionadas para os experimentos de casa de

    vegetação (apenas um representante de cada grupo). O inóculo foi preparado em solução

    salina (0,85%) esterilizada, a partir de colônias de células em crescimento exponencial (28

    °C/48 h) em meio de cultivo NA, e ajustadas para concentração de 108 UFC/mL. Os

    experimentos foram conduzidos em casa de vegetação com variação de temperatura de 25 °C

    a 30 °C. Todas as linhagens foram inoculadas em plantas de milho (Zea mays), sorgo

    (Sorghum bicolor), ruscus (Ruscus sp.) café (Coffee arabica) e cravo (Dianthus

    caryophyllus).

    Sementes de milho (Milho IAC Airan, obtido de hibrido comercial, 2012) e sorgo

    (Sorgo Granífero 2012) foram semeadas em vasos contendo 2 L de fertilizante orgânico

    composto classe B (Provaso), duas sementes por vaso. Após 20 dias da semeadura, as plantas

    foram inoculadas, em blocos casualizados, em três repetições cada, por meio da deposição de

    0,5 mL de suspensão de células bacterianas no cartucho da planta, utilizando seringas de

    insulina esterilizadas. Após a inoculação, as plantas foram observadas diariamente e aos 30

    dias, as linhagens foram avaliadas como não patogênicas (-) ou patogênicas (+), com base no

    aparecimento dos sintomas de estrias foliares.

    Nos experimentos com café (mudas cedidas pelo Instituto Agronômico de

    Campinas - IAC), ruscus (Instituto Biológico – IB) e cravo (CEASA Campinas), mudas

    jovens (aproximadamente cinco meses) foram acondicionadas em sacos plásticos por 24 horas

    (câmara úmida) antes da inoculação. As plantas foram inoculadas, em blocos casualizados,

    em três repetições cada, por meio da pulverização manual em folhas previamente feridas com

    agulha hipodérmica esterilizada, e mantidas em câmara úmida por mais 48 horas. Após

    inoculação, as plantas foram observadas diariamente e aos 30 dias, as linhagens foram

    avaliadas como não patogênicas (-) ou patogênicas (+), com base no aparecimento de

    sintomas de manchas foliares.

    Após a leitura dos experimentos, as folhas inoculadas, sintomáticas e

    assintomáticas, foram observadas ao microscópio óptico para visualização do fluxo

  • 36

    bacteriano. O re-isolamento da bactéria foi realizado em meio de cultura NA e as placas

    foram mantidas em estufa por 28 °C/ 48 h. A confirmação da identidade dos isolados foi

    realizada por meio de amplificação por PCR utilizando-se o par de primers espécie-

    específicos para B. andropogonis Pr e Pf (BAGSIC et al., 1995), concluindo-se dessa forma,

    os Postulados de Koch. Os ensaios foram conduzidos em casa de vegetação no Instituto

    Biológico, nas dependências do Laboratório de Bacteriologia Vegetal (IB/APTA), em

    Campinas-SP.

    4.6 Análise da diversidade genética por rep-PCR

    Um grupo de 28 linhagens de B. andropogonis, isoladas de diferentes hospedeiros

    e origens distintas, foi selecionado para análise de rep-PCR e as amplificações foram

    realizadas utilizando-se os seguintes pares de primers: REP1R I (5’-III ICG ICG ICA TCI

    GGC- 3’) e REP2 I (5’-ICG ICT TAT CIG GCC TAC- 3’); ERIC1R (5’-ATG TAA GCT

    CCTGGG GAT TCA C-3’) e ERIC2 (5’-AAG TAA GTGACT GGG GTG AGC G-3’); BOX

    A1R (5’-CTA CGG CAA GGC GACGCT GAC G-3’) (LOUWS; RADEMAKER; de

    BRUIJN, 1999).

    Cada reação de REP- e ERIC-PCR foi realizada em volume de 25 μL contendo

    150 ng de DNA genômico; 2,5 U de enzima Taq polimerase (Fermentas); 1X de tampão da

    enzima Taq DNA polimerase (Fermentas); 200 µM do mix de dNTPs; 0,25 μM de cada

    primer e 3,0 mM de MgCl2. O programa de amplificação das amostras consistiu de um ciclo

    de desnaturação inicial a 95 oC/6 min.; seguido de 30 ciclos a 94

    oC/1 min.; 40

    oC/1 min. e 65

    oC/8 min; e um ciclo de extensão final a 65

    oC/16 min.

    Cada reação de BOX-PCR foi realizada em volume de 25 μL contendo 150 ng de

    DNA genômico; 2,5 U de enzima Taq polimerase (Fermentas); 1X de tampão da enzima Taq

    DNA polimerase (Fermentas); 200 µM do mix de dNTPs; 0,5 μM do primer e 1,5 mM de

    MgCl2. O programa de amplificação das amostras consistiu de um ciclo de desnaturação

    inicial a 95 oC/7 min.; seguido de 30 ciclos a 94

    oC/1 min.; 53

    oC/1 min. e 56

    oC/8 min. e um

    ciclo de extensão final a 65 oC/16 min.

    As amplificações foram realizadas em termociclador (Axygen MaxyGene), os

    produtos obtidos foram submetidos à eletroforese em gel de agarose 2,5% e visualizados de

    acordo com o descrito no item 4.2.

    O tamanho dos fragmentos amplificados foi estimado por comparação com

    marcador molecular de 100 pb DNA Ladder (Fermentas), apenas bandas reprodutíveis

  • 37

    variando de 700-3000 pb (REP), 550-3000 pb (ERIC) e 590-1550 pb (BOX) foram pontuadas

    para cada linhagem. Os perfis obtidos foram analisados através do sistema binário (bandas

    presentes, 1 ou ausentes, 0 para cada linhagem) e a matriz de similaridade foi construída

    utilizando-se o programa de similaridade para dados qualitativos (SIMQUAL), empregando-

    se o coeficiente de Jaccard (SJ). Os dendrogramas foram construídos utilizando-se o algorítmo

    de agrupamento UPGMA (Unweighted Pair-Group Method with Arithmetic Mean) por meio

    do programa NTSYS-PC (ROHLF, 1992).

    4.6 Amplificação e sequenciamento do gene RNA ribossomal 16S

    As amplificações do gene RNA ribossomal 16S foram realizadas utilizando-se os

    primers 27f e 1525r (LANE, 1991). Os experimentos de amplificação foram realizados

    preparando-se reações de 25 µL, contendo 200 ng de DNA cromossômico; 1X tampão da

    enzima Taq DNA polimerase (Fermentas); 1X BSA (Bovine Serum Albumine) (10 mg/mL),

    0,4 µM de cada primer; 0,2 mM de dNTPs e 2,0 U da enzima Taq DNA polimerase

    (Fermentas). O programa de amplificação das amostras consistiu de um ciclo de desnaturação

    inicial a 95 °C/2 min.; seguido de 30 ciclos a 94 °C/1 min., 60 °C/1 min. e 72 °C/3 min. e um

    ciclo de extensão final a 72 °C/5 min. Os experimentos foram realizados em termociclador

    (Geneamp PCR System 9700; Perkin-Elmer). Os produtos de amplificação foram

    visualizados por meio de eletroforese em gel de agarose 1% e visualizados de acordo com o

    descrito no item 4.2. Os produtos amplificados foram purificados utilizando-se o kit Wizard®

    SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega), de acordo com as recomendações do

    fabricante. O sequenciamento foi realizado em colaboração com o Dr. Márcio José da Silva,

    no Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética da UNICAMP (CBMEG) em

    sequenciador automático (Applied Biosystems-Hitachi ABI Prism 3700 DNA Analyzer).

    4.7 Análise filogenética do gene RNA ribossomal 16S

    As sequências do gene RNA ribossomal 16S foram alinhadas utilizando-se o

    algoritmo ClustalW no programa BioEdit (Hall, 1999). O teste de razão de verossimilhança

    foi utilizado para a determinação do parâmetro de correção para a substituição de

    nucleotídeos, baseado no critério de informação Akaike (Akaike Information Criterion/AIC),

    utilizando-se o programa jModelTest 2.1.4 (DARRIBA et al., 2012; GUINDON; GASCUEL,

    2003).

  • 38

    A árvore filogenética foi construída utilizando-se o método estatístico Maximum

    Likelihood (ML) com parâmetro de correção TN93+G+I no programa MEGA (Molecular

    Evolutionary Genetics Analysis), versão 6 (TAMURA et al., 2013) e os valores de

    consistência foram obtidos por meio do teste de bootstrap, assumindo o valor de 1000

    réplicas. A partir dos dados de alinhamento, uma matriz de similaridade foi construída,

    utilizando-se o parâmetro Kimura 2 de correção (KIMURA, 1980), também no programa

    MEGA.

    A análise filogenética foi realizada utilizando-se sequências do gene RNA

    ribossomal 16S das 42 linhagens de B. andropogonis, 77 diferentes espécies do gênero

    Burkholderia e espécies representantes de três diferentes gêneros que também fazem parte da

    família Burkholderiaceae: Ralstonia (R. solanacearum; R. picketii; R. thomasii; R. indiosa);

    Cupriavidus (C. necator; C. pompae; C. metallidurans) e Polynucleobacter (P. necessariuns;

    P. cosmopolitanus; P. acidiphobus), recuperadas em banco de dados GenBank

    (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank) (Apêndice 1). A espécie P. necessariuns foi utilizada

    como grupo externo. Ainda, a árvore filogenética foi construída utilizando-se o método

    estatístico Neighbor-joining (NJ) com parâmetro de correção Kimura 2, no programa MEGA.

    4.8 Desenho e síntese de primers para análise de MLSA

    A escolha dos cinco genes housekeeping utilizados na análise de MLSA foi

    baseada na disponibilidade das sequências no banco de dados GenBank para todas as

    linhagens utilizadas nas análises. Os genes selecionados foram atpD (cadeia β da ATP

    sintase); gltB (glutamato sintase); gyrB (subunidade β da DNA girasse); recA (recombinase

    A) e lepA (Proteína de ligação GTP). Os primers correspondentes à parte dos genes gyrB,

    recA, e lepA foram obtidos na literatura (Tabela 2), e os primers correspondentes aos genes

    atpD e gltB foram desenvolvidos nesse estudo, uma vez que os primers disponíveis na

    literatura para esses genes não geraram produtos de amplificação para as linhagens de B.

    andropogonis.

    Para o desenho dos primers correspondentes à parte do gene atpD, as linhagens de

    B. andropogonis (HQ 398419); B. nodosa (HQ 398444.1) e B. vietnamiensis (HQ 398431.1)

    foram alinhadas no programa BioEdit (HALL, 1999) e analisadas no programa Genedoc

    (NICHOLAS; NICHOLAS, 1997). Da mesma forma, para o desenho dos primers

    correspondentes à parte do gene gltB, as linhagens de B. andropogonis (HQ 398467); B.

    vietnamiensis (HQ 398479.1) e B. plantarii (398473.1) foram alinhadas e analisadas. A

    http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank

  • 39

    síntese dos primers foi realizada pela empresa Invitrogen e posteriormente a especificidade

    dos mesmos foi confirmada em reações de PCR com gradiente de temperatura para se obter as

    condições ideais de amplificação. As amplificações foram realizadas em termociclador

    (Axygen MaxyGene), os produtos de amplificação foram submetidos à eletroforese em gel de

    agarose 1,5% e visualizados de acordo com o descrito no item 4.2.

    Tabela 2: Sequências dos primers utilizados na análise de MLSA

    Código Sequência do primer (5’ 3’) Região

    amplificada

    Tamanho de

    Fragmento

    (pb)

    Referência

    UP-1E

    AprU

    CAG GAA ACA GCT ATG ACC AYG

    SNG GNG GNA RTT YRA Parte do gene

    gyrB 481

    (MAEDA et al.,

    2006), TGT AAA ACG GCC AGT GCN GGR

    TCY TTY TCY TGR CA

    lepA-F2 Burk

    lepA-R Burk

    TGGTTCGACAACTACGTCGG Parte do gene

    lepA 781

    (SANTOS et al.,

    2013) ATCAGCATGTCGACCTTCAC

    Burk 3f-recA

    Burk 4r-recA

    AGGACGATTCATGGAAGAWAGC Parte do gene

    recA 538

    (SPILKER et al.,

    2009) GACGCACYGAYGMRTAGAACTT

    Burk 1f-atpD

    Burk 2r-atpD

    GCAAGACCGTCAACATGATG Parte do gene

    atpD 339

    Desenvolvidos

    nesse estudo AGCGTCGGCTGATAGCCCAC

    Burk 1f-gltB

    Burk 2r-gltB

    CTGATCCACGACCTGAAGAA Parte do gene

    gltB 336

    Desenvolvidos

    nesse estudo TGGCACTTGCGCATGATGAT

    Onde: M (A/C); N (G/A/C/T); R (A/G); S (C/G); W (A/T); Y (C/T).

    4.9 Amplificação e sequenciamento de parte dos genes gyrB, recA, lepA, atpD e gltB

    Os experimentos de amplificação foram realizados preparando-se reações de

    25 µL, contendo 200 ng de DNA cromossômico; 1X tampão da enzima Taq DNA polimerase

    (Fermentas); 1X BSA (Bovine Serum Albumine) (10 mg/mL); 0,4 µM de cada primer; 1,5

    mM MgCl2; 0,2 mM de dNTPs e 2,0 U da enzima Taq DNA polimerase (Fermentas). O

    programa de amplificação das amostras consistiu de um ciclo de desnaturação inicial a

    94 °C/2 min.; seguido de 35 ciclos a 94 °C/30 s, 56 °C/1 min. e 72 °C/1 min. e um ciclo de

    extensão final a 72 °C/5 min. Os experimentos foram realizados em termociclador (Geneamp

    PCR System 9700; Perkin-Elmer).

    Os produtos de amplificação foram visualizados por meio de eletroforese em gel

    de agarose 1% de acordo com o item 4.2, e purificados utilizando-se o kit Wizard® SV Gel

    and PCR Clean-Up System (Promega), de acordo com as recomendações do fabricante e

    encaminhados ao Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética da UNICAMP

  • 40

    (CBMEG) para sequenciamento realizado em sequenciador automático (Applied Biosystems-

    Hitachi ABI Prism 3700 DNA Analyzer).

    O tamanho dos fragmentos gerados para cada gene foi de 339 pb (atpD), 336 pb

    (gltB), 481 pb (gyrB), 538 pb (recA) e 781 pb (lepA), totalizando 2.475 pb.

    4. 10 Análise de MLSA baseada nos genes gyrB, recA, lepA, atpD e gltB

    As sequências dos cinco genes housekeeping (gyrB, recA, lepA, atpD e gltB)

    utilizados na análise de MLSA foram alinhadas utilizando-se o algoritmo ClustalW no

    programa BioEdit (Hall, 1999). Os alinhamentos individuais foram concatenados utilizando-

    se o programa Geneious versão 7.1.4 (KEARSE et al., 2012). O teste de razão de

    verossimilhança foi utilizado para a determinação do parâmetro de correção para a

    substituição de nucleotídeos, baseado no critério de informação Akaike, utilizando-se o

    programa jModelTest 2.1.4 (GUINDON; GASCUEL, 2003; DARRIBA et al. 2012).

    A árvore filogenética foi construída utilizando-se o método estatístico Maximum

    Likelihood com parâmetro de correção GTR +G+I no programa MEGA, e os valores de

    consistência foram obtidos por meio do teste de bootstrap, assumindo o valor de 1000

    réplicas. A partir dos dados de alinhamento, matrizes de similaridade foram construídas,

    utilizando-se o parâmetro Kimura 2 de correção (KIMURA, 1980), também no programa

    MEGA.

    A árvore filogenética foi construída utilizando-se as sequências dos genes das 42

    linhagens de B. andropogonis e as sequências obtidas no banco dados de 17 diferentes

    espécies do gênero Burkholderia e uma espécie representante de três diferentes gêneros que

    também fazem parte da família Burkholderiaceae: Ralstonia solanacearum; Cupriavidus

    metallidurans e Polynucleobacter necessarius subsp. Asymbioticus, sendo a última espécie,

    utilizada como grupo externo (Apêndice 2). A árvore também foi construída utilizando-se o

    método estatístico Neighbor-joining, adotando-se Kimura 2 como parâmetro de correção, no

    programa MEGA.

    4.11 Sequenciamento do Genoma de B. andropogonis

    O DNA genômico da linhagem Tipo de B. andropogonis ICMP2807 (IBSBF199;

    LGM 2129; ATCC 23061) foi extraído utilizando-se o kit DNeasy (Qiagen, EUA) e foi

    sequenciado no sequenciador 454 GS Sistema Júnior (Roche Diagnostics, EUA) no

  • 41

    Laboratório Landcare Research (Auckland, Nova Zelândia) com as colaborações do Dr.

    Bevan Weir e Dr. Duckchul Park. A anotação funcional em subsistemas SEED foi realizada

    utilizando o servidor gratuito RAST (AZIZ et al., 2008; OVERBEEK, et al., 2014). Após o

    sequenciamento as reads foram trimadas e montadas no programa Newbler versão 2.9

    (MARGULIES et al., 2005).

    4.12 Análise de MLSA baseada em 30 genes conservados

    Com o genoma de B.andropogonis IBSBF 199T sequenciado, foi possível realizar

    uma nova análise de multilocus trinta genes conservados. A busca pelas sequências dos genes

    utilizados nessa análise foi realizada utilizando-se o modelo HMM do software AMPHORA2

    (WU; SCOTT, 2012) (Tabela 3).

  • 42

    As sequências dos genes utilizadas nessa análise foram alinhadas utilizando-se o

    algoritmo ClustalW no programa BioEdit (HALL, 1999). Os alinhamentos individuais dos 30

    genes conservados foram concatenados utilizando-se o programa Geneious versão 7.1.4

    (KEARSE et al., 2012). O teste de razão de verossimilhança foi utilizado para a determinação

    do parâmetro de correção para a substituição de nucleotídeos, baseado no critério de

    informação Akaike, utilizando-se o programa jModelTest 2.1.4 (GASCUEL, 2003;

    DARRIBA et al. 2012; GUINDON).

    Tabela 3: Genes selecionados para a análise de MLSA

    gene Tamanho do fragmento (pb)

    frr (fator de reciclagem do ribossomo) 562

    infC (fator de inicio da tradução) 463

    nusA (fator de término da transcrição 1477

    Pgk (fosfoglicerato quinase) 1209

    pyrG (CTP sintetase) 1668

    rplA ( proteína ribossomal 50S subunidade L1) 696

    rplB ( proteína ribossomal 50S subunidade L2) 828

    rplC ( proteína ribossomal 50S subunidade L3) 654

    rplD ( proteína ribossomal 50S subunidade L4) 621

    rplE ( proteína ribossomal 50S subunidade L5) 540

    rplF ( proteína ribossomal 50S subunidade L6) 510

    rplK ( proteína ribossomal 50S subunidade L11) 423

    rplL ( proteína ribossomal 50S subunidade L12) 375

    rplM ( proteína ribossomal 50S subunidade L13) 450

    rplN ( proteína ribossomal 50S subunidade L14) 369

    rplP ( proteína ribossomal 50S subunidade L16) 414

    rplS ( proteína ribossomal 50S subunidade L19) 390

    rplT ( proteína ribossomal 50S subunidade L20) 360

    rpmA ( proteína ribossomal 50S subunidade L27) 261

    rpoB (RNA polimerase subunidade β) 4002

    rpsB (proteína ribossomal 30S subunidade S2) 744

    rpsC (proteína ribossomal 30S subunidade S3) 798

    rpsE (proteína ribossomal 30S subunidade S5) 516

    rpsI (proteína ribossomal 30S subunidade S12) 393

    rpsJ (proteína ribossomal 30S subunidade S10) 312

    rpsK (proteína ribossomal 30S subunidade S11) 399

    rpsM (proteína ribossomal 30S subunidade S13) 366

    rpsS (proteína ribossomal 30S subunidade S19) 276

    mpB (fosfodiesterase subunidade β) 447

    Tsf (fator de tradução de alongamento EF-Ts) 882

    Total 21405

  • 43

    A árvore filogenética foi construída utilizando-se o método estatístico Maximum

    Likelihood com parâmetro de correção LG + G + I + F no programa MEGA (TAMURA et

    al., 2013) e os valores de consistência foram obtidos por meio do teste de bootstrap,

    assumindo o valor de 1000 réplicas

    A partir dos dado