Quão bom seria a utilização de microorganismos
na agricultura?
Foco na agricultura do arroz
Os microorganismos pesquisados pela equipe foram as bactérias Diazotróficas
Burkholderia kururiensis.
Diazotróficas: Algumas espécies de Bactérias presentes tanto na rizosfera como no interior de plantas, sendo esta segunda denominada de Endófitos (EMBRAPA)
De onde foram isoladas?
Aquíferos poluídos do Japão
Em qual parte da planta se
localizam preferencialmente?
Raízes – colonização pelas fendas nos pêlos
Por que utilizá-las?
Alta semelhança com as bactérias Endofíticas
do arroz – absorção de nitrogênio para a planta
Quais seriam as adversidades?
Pode exibir interação patogênicas com as plantas
Qual seria o objetivo?
Promover o desenvolvimento da agricultura e
produção de alimentos de maneira sustentável e
economicamente barata, de forma a baratear o
custo de alimentos e diminuir os danos que
atualmente a agricultura gera para o planeta.
As bactérias Diazotróficas
Diazotróficas
Vida Livre
Presente na rizosfera
Associativas
Endofíticas
• Podem promover diversas vantagens a terra que será cultivada e aos vegetais em
que são hospedeiras.
• Representam um tipo de interação de proto-cooperação entre bactérias e
plantas na maioria das vezes.
As Bactérias Endofíticas
• Habitam o interior das plantas, nos órgãos e tecidos vegetais
(folhas, ramos e raízes).
• São características por não gerar patógenos a planta
contaminada, criando uma relação de simbiose com o
hospedeiro.
• A comunidade endofítica é constituída principalmente por
fungos e bactérias.
• Como resultado dessa interação há uma produção de
hormônios vegetais, fixação de nitrogênio, aumento da
biomassa, de nutrientes disponíveis a planta, da resistência a
patógenos, entre outros.
Colonização de Endofíticas na raiz
Endófiticas Competentes
Endófiticas Oportunistas
Endofíticas Passageiras
As Bactérias Endofíticas
Aplicações Industriais e Médicas
Proteção e saúde da planta
Promoção do crescimento e rendimento da planta
Controle de poluentes e fitoremediação
Conseqüências da colonização
endofíticas
• Aplicações médicas e industriais: como a produção de antibióticos, antivirais,
imunossupressores, componentes anticancerígenos, antioxidantes e bioinseticidas.
•Aumento na biomassa da planta:
a) Fitoestimulação – processo que as raízes em crescimento promovem
gerando a proliferação de microorganismos degradativos na rizosfera, que
usam os metabólitos da planta como fonte de carbono e energia (apenas
para os compostos orgânicos ).
b) Aumento da captação de nitrogênio, sais minerais e da produção de
hormônios do crescimento.
• Antimicrobiais que produzem a ISR (resistência sistêmica induzida).
• Controle da poluição por fitorremediação – utilização de plantas associadas a
bactérias, para remoção ou redução de contaminantes orgânicos e inorgânicos
presentes no solo e na água.
Quantificação por microscopia
eletrônica de varredura
• Análise de cortes de tecidos
de plantas com 7 dia de
inoculação.
• A e B são plantas controles.
• C mostra grande colonização
na região do cabelo da raiz.
Quantificação por microscopia
eletrônica de varredura
• D e E mostram a formação de microagregados nas regiões
perturbadas da superfície da epiderme.
Via de infecção
• Secção transversal de
uma raiz infectada. É
possível identificar o
caminho percorrido pela
bactéria da epiderme para
os vasos do xilema.
• Células epidérmicas e do
apoplasto.
• Células do córtex interno.
Via de infecção
• No Córtex interno e cilindro vascular, as bactérias estão organizadas em cadeias.
• Centro do cilindro vascular, mostrando a entrada das células no interior do xilema.
• Corte transversal de uma raiz não infectada, mostrando os vasos do xilema.
Microscopia eletrônica de
transmissão
• Mostra o processo de invasão
bacteriano através de MET.
• Em (A) mostra a invasão na superfície
das células do parênquima(PC) e em (B)
mostra essa invasão no espaço
intercelular.
• Em (C) e (D) mostra as bactérias mais
próximas da parede celular do
parênquima (CW) ou associadas a um
material fibrilar ( seta mais fina).
• Em (E) e (F) mostra a agregação das
bactérias.
Desenvolvimento da planta
• Mostra o desenvolvimento do arroz promovido pela associação de B.
Kururiensis. Mostra uma visão comparativa das plantas inoculadas e não
inoculadas 120 dpi ( dias após infecção).
Relação entre a associação bactéria-planta
a nível molecular e morfológico
• Marcação por GUS-DR5;
• Inoculação com B. kururiensis ;
• Comparação do efeito com as plantas controle;
• Estudos sobre o tipo de auxina produzida pelas
bactérias e sua influência no desenvolvimento da
Oryza sativa L.
Expressão de GUS-DR5 pela estimulação do
“IAA” produzido pelas bactérias em associação
Características da morfologia da raiz
em diferentes condições
Conclusão
• Em resumo, os resultados aqui apresentados mostram a capacidade de B.
kururiensis colonizar endofiticamente as plantas de arroz;
• B. kururiensis confere efeitos benéficos sobre o crescimento e produção de
sementes de plantas de arroz, possivelmente associado ao equilíbrio diferencial da
auxina que é responsável pelo estímulo no desenvolvimento da planta;
• A concentração de nitrogênio pode ser uma fator limitante no processo de
invasão da bactéria;
Conclusão
• As descobertas são baseadas no cultivo de laboratório, o que pode não
reproduzir exatamente as condições de ambiente natural, mas pode de fato
refletir a diversidade funcional das espécies Burkholderia.
• Portanto, B. kururiensis surge como uma ferramenta potencial para futuras
aplicações agrícolas, proporcionando maior rendimento de produção, custos
de insumos e do impacto ambiental negativo decorrente do uso de
fertilizantes nitrogenados.
Aplicações Potenciais de Bactérias
endofíticas:
•
Capacidade de controlar patógenos de plantas (Sturz & Matheson 1996;
Duijff et al 1997 Krishnamurthy & Gnanamanickam, 1997);
•
Acelerar a emergência das plântulas, promovendo estabilização da planta
em condições adversas (Chanway, 1997);
•
Aumentar o crescimento da planta (Bent e Chanway, 1998);
•
Capacidade natural para a degradação de xenobióticos ou podem atuar
como vetores para introdução de características de degradação. (Siciliano
et al, 2001, Barac et al, 2004 Germaine et al, 2004, 2006 Porteous-Moore
et al, 2006 Ryan et al., 2007).