Seqüenciamento e análise de seqüências expressas (ESTs) de arroz (Oryza sativa) inoculado com Herbaspirillum seropedicae /

Orientadora: Roseli WassemCo-orientador: Emanuel M.SouzaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Genética. Defesa: Curitiba, 2007Inclui bibliografia e anexo

Análise do transcriptoma total de raízes de plântulas de arroz (Oryza sativa L.) colonizadas por Herbaspirillum seropedicae SmR1

Resumo: O arroz é alimento básico para aproximadamente metade da população mundial. O aumento desta população, portanto, demanda de uma maior produção de arroz. Nesse sentido, o melhoramento na cultura deste cereal e novas tecnologias de cultivo é de suma importância para aumentar a produtividade sem aumento da área de plantio. Herbaspirillum seropedicae coloniza arroz e outras plantas e promove o seu crescimento e produtividade. Os mecanismos envolvidos nessa interação benéfica entre H. seropedicae e plantas de arroz não são bem compreendidos e fatores moleculares envolvidos permanecem desconhecidos. Para compreender melhor essa interação, o transcriptoma de raízes de arroz (Oryza sativa L. cv. Nipponbare) inoculadas e não inoculadas com H. seropedicae foi determinado. Para isto foi utilizado técnica de sequenciamento de cDNA (RNA-seq) em uma plataforma de sequenciamento SOLiDTM. O mapeamento da biblioteca de RNA-seq de raízes de arroz 3 dias após inoculação produziu um total de 22 milhões de sequências mapeadas apenas uma vez no genoma de O. sativa representando 13.838 transcritos expressos com pelo menos duas vezes de cobertura do gene. Foram obtidos 1019 genes diferencialmente expressos (valor-p< 0,05), sendo que destes 256 possuem diferença de expressão entre controle e inoculado de pelo menos duas vezes. Entre os genes regulados observou-se um grande número de genes codificando proteínas relacionadas ao sistema de defesa da planta, tais como, proteínas induzidas por probenazol, proteínas de resistência a doenças e enzimas envolvidas na biossíntese de flavonóides. Todos esses genes estão reprimidos pela presença de H. seropedicae em raízes de arroz. Além disso, genes relacionados à síntese e efluxo de fitossideróforos (PS) e transporte do complexo PS-Fe foram induzidos em raízes de arroz. Genes relacionados à via de sinalização de auxina e a 1-aminociclopropano oxidase, que catalisa a biossíntese de etileno, também são regulados pela inoculação com H. seropedicae. As leituras de sequências foram também mapeadas no genoma de H. seropedicae. Genes relacionados à fixação de nitrogênio, motilidade celular e biogênese da parede celular foram expressos pela bactéria. Os resultados indicam que o sistema de defesa da planta é reprimido pela presença da bactéria enquanto que o sistema de aquisição de Fe está ativado. Os resultados obtidos e as vias metabólicas discutidas neste trabalho poderão contribuir para elucidar o mecanismo de interação planta-bactéria

Seqüenciamento e análise de seqüências expressas (ESTs) de arroz (Oryza sativa) inoculado com Herbaspirillum seropedicae /

Orientadora: Roseli WassemCo-orientador: Emanuel M.SouzaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Genética. Defesa: Curitiba, 2007Inclui bibliografia e anexo

Análise do transcriptoma total de raízes de plântulas de arroz (Oryza sativa L.) colonizadas por Herbaspirillum seropedicae SmR1

Resumo: O arroz é alimento básico para aproximadamente metade da população mundial. O aumento desta população, portanto, demanda de uma maior produção de arroz. Nesse sentido, o melhoramento na cultura deste cereal e novas tecnologias de cultivo é de suma importância para aumentar a produtividade sem aumento da área de plantio. Herbaspirillum seropedicae coloniza arroz e outras plantas e promove o seu crescimento e produtividade. Os mecanismos envolvidos nessa interação benéfica entre H. seropedicae e plantas de arroz não são bem compreendidos e fatores moleculares envolvidos permanecem desconhecidos. Para compreender melhor essa interação, o transcriptoma de raízes de arroz (Oryza sativa L. cv. Nipponbare) inoculadas e não inoculadas com H. seropedicae foi determinado. Para isto foi utilizado técnica de sequenciamento de cDNA (RNA-seq) em uma plataforma de sequenciamento SOLiDTM. O mapeamento da biblioteca de RNA-seq de raízes de arroz 3 dias após inoculação produziu um total de 22 milhões de sequências mapeadas apenas uma vez no genoma de O. sativa representando 13.838 transcritos expressos com pelo menos duas vezes de cobertura do gene. Foram obtidos 1019 genes diferencialmente expressos (valor-p< 0,05), sendo que destes 256 possuem diferença de expressão entre controle e inoculado de pelo menos duas vezes. Entre os genes regulados observou-se um grande número de genes codificando proteínas relacionadas ao sistema de defesa da planta, tais como, proteínas induzidas por probenazol, proteínas de resistência a doenças e enzimas envolvidas na biossíntese de flavonóides. Todos esses genes estão reprimidos pela presença de H. seropedicae em raízes de arroz. Além disso, genes relacionados à síntese e efluxo de fitossideróforos (PS) e transporte do complexo PS-Fe foram induzidos em raízes de arroz. Genes relacionados à via de sinalização de auxina e a 1-aminociclopropano oxidase, que catalisa a biossíntese de etileno, também são regulados pela inoculação com H. seropedicae. As leituras de sequências foram também mapeadas no genoma de H. seropedicae. Genes relacionados à fixação de nitrogênio, motilidade celular e biogênese da parede celular foram expressos pela bactéria. Os resultados indicam que o sistema de defesa da planta é reprimido pela presença da bactéria enquanto que o sistema de aquisição de Fe está ativado. Os resultados obtidos e as vias metabólicas discutidas neste trabalho poderão contribuir para elucidar o mecanismo de interação planta-bactéria

Metabolic profiling of two maize (Zea mays L.) inbred lines inoculated with the nitrogen fixing plant-interacting bacteria Herbaspirillum seropedicae and Azospirillum brasilense

Maize roots can be colonized by free-living atmospheric nitrogen (N-2)-fixing bacteria (diazotrophs). However, the agronomic potential of non-symbiotic N-2-fixation in such an economically important species as maize, has still not been fully exploited. A preliminary approach to improve our understanding of the mechanisms controlling the establishment of such N-2-fixing associations has been developed, using two maize inbred lines exhibiting different physiological characteristics. The bacterial-plant interaction has been characterized by means of a metabolomic approach. Two established model strains of Nif(+) diazotrophic bacteria, Herbaspirillum seropedicae and Azospirillum brasilense and their Nif(-) couterparts defficient in nitrogenase activity, were used to evaluate the impact of the bacterial inoculation and of N-2 fixation on the root and leaf metabolic profiles. The two N-2-fixing bacteria have been used to inoculate two genetically distant maize lines (FV252 and FV2), already characterized for their contrasting physiological properties. Using a well-controlled gnotobiotic experimental system that allows inoculation of maize plants with the two diazotrophs in a N-free medium, we demonstrated that both maize lines were efficiently colonized by the two bacterial species. We also showed that in the early stages of plant development, both bacterial strains were able to reduce acetylene, suggesting that they contain functional nitrogenase activity and are able to efficiently fix atmospheric N-2 (Fix(+)). The metabolomic approach allowed the identification of metabolites in the two maize lines that were representative of the N-2 fixing plant-bacterial interaction, these included mannitol and to a lesser extend trehalose and isocitrate. Whilst other metabolites such as asparagine, although only exhibiting a small increase in maize roots following bacterial infection, were specific for the two Fix(+) bacterial strains, in comparison to their Fix(-) counterparts. Moreover, a number of metabolites exhibited a maize-genotype specific pattern of accumulation, suggesting that the highly diverse maize genetic resources could be further exploited in terms of beneficial plant-bacterial interactions for optimizing maize growth, with reduced N fertilization inputs

Comparative Proteomics Analysis of the Rice Roots Colonized by <i>Herbaspirillum seropedicae</i> Strain SmR1 Reveals Induction of the Methionine Recycling in the Plant Host

Although the use of plant growth-promoting bacteria in agriculture is a reality, the molecular basis of plant–bacterial interaction is still poorly understood. We used a proteomic approach to study the mechanisms of interaction of <i>Herbaspirillum seropedicae</i> SmR1 with rice. Root proteins of rice seedlings inoculated or noninoculated with <i>H. seropedicae</i> were separated by 2-D electrophoresis. Differentially expressed proteins were identified by MALDI-TOF/TOF and MASCOT program. Among the identified proteins of <i>H</i>. <i>seropedicae</i>, the dinitrogenase reductase NifH and glutamine synthetase GlnA, which participate in nitrogen fixation and ammonium assimilation, respectively, were the most abundant. The rice proteins up-regulated included the <i>S</i>-adenosylmethionine synthetase, methylthioribose kinase, and acireductone dioxygenase 1, all of which are involved in the methionine recycling. <i>S</i>-Adenosylmethionine synthetase catalyzes the synthesis of <i>S</i>-adenosylmethionine, an intermediate used in transmethylation reactions and in ethylene, polyamine, and phytosiderophore biosynthesis. RT-qPCR analysis also confirmed that the methionine recycling and phytosiderophore biosynthesis genes were up-regulated, while ACC oxidase mRNA level was down-regulated in rice roots colonized by bacteria. In agreement with these results, ethylene production was reduced approximately three-fold in rice roots colonized by <i>H</i>. <i>seropedicae</i>. The results suggest that <i>H. seropedicae</i> stimulates methionine recycling and phytosiderophore synthesis and diminishes ethylene synthesis in rice roots

Modulation of defence and iron homeostasis genes in rice roots by the diazotrophic endophyte Herbaspirillum seropedicae

Submitted by Manoel Barata ([email protected]) on 2019-08-28T19:52:21Z No. of bitstreams: 1 s41598-019-45866.pdf: 1940953 bytes, checksum: b5e9215786aa1b9d77c5d5d0ecac3cef (MD5)Approved for entry into archive by Manoel Barata ([email protected]) on 2019-08-29T14:49:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 s41598-019-45866.pdf: 1940953 bytes, checksum: b5e9215786aa1b9d77c5d5d0ecac3cef (MD5)Made available in DSpace on 2019-08-29T14:49:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 s41598-019-45866.pdf: 1940953 bytes, checksum: b5e9215786aa1b9d77c5d5d0ecac3cef (MD5) Previous issue date: 2019Universidade Federal do Paraná. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Curitiba, PR, Brasil / Universidade Federal do Paraná. Setor de Educação Profissional e Tecnológica. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Análises Clínicas. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Análises Clínicas. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Curitiba, PR, Brasil / Universidade Estadual de Londrina. Departamento de Bioquímica e Biotecnologia. Londrina, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Setor de Educação Profissional e Tecnológica. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Setor de Educação Profissional e Tecnológica. Curitiba, PR, Brasil / Department of Neuroscience. Icahn School of Medicine at Mount Sinai. New York, USA.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Curitiba, PR, Brasil / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Carlos Chagas. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Setor de Educação Profissional e Tecnológica. Curitiba, PR, Brasil / Luxembourg Centre for Systems Biomedicine. University of Luxembourg. Esch-sur-Alzette, Luxembourg.Federal Institute of Materials Research and Testing. Division 4 Environment. Berlin, Germany.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Genética. Curitiba, PR, Brasil.Universidade Federal do Paraná. Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Curitiba, PR, Brasil.Rice is staple food of nearly half the world's population. Rice yields must therefore increase to feed ever larger populations. By colonising rice and other plants, Herbaspirillum spp. stimulate plant growth and productivity. However the molecular factors involved are largely unknown. To further explore this interaction, the transcription profiles of Nipponbare rice roots inoculated with Herbaspirillum seropedicae were determined by RNA-seq. Mapping the 104 million reads against the Oryza sativa cv. Nipponbare genome produced 65 million unique mapped reads that represented 13,840 transcripts each with at least two-times coverage. About 7.4% (1,014) genes were differentially regulated and of these 255 changed expression levels more than two times. Several of the repressed genes encoded proteins related to plant defence (e.g. a putative probenazole inducible protein), plant disease resistance as well as enzymes involved in flavonoid and isoprenoid synthesis. Genes related to the synthesis and efflux of phytosiderophores (PS) and transport of PS-iron complexes were induced by the bacteria. These data suggest that the bacterium represses the rice defence system while concomitantly activating iron uptake. Transcripts of H. seropedicae were also detected amongst which transcripts of genes involved in nitrogen fixation, cell motility and cell wall synthesis were the most expressed