Microbiologia Agrícola
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Item Promotion of microbial phosphate solubilization by clay minerals(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-23) Iglesias Barrera, Gustavo Andrés ; Costa, Maurício Dutra; http://lattes.cnpq.br/8820351730014631A number of physical and chemical interactions between clays and microorganisms have been reported with strong influence on microbial physiology and ecology. However, clay influences on phosphate-solubilizing microorganisms (PSM) remains unknown. PSM are capable of converting low solubility phosphates into soluble orthophosphate that can be taken up by plants. PSM are commonly present in the soil, particularly in the rhizosphere where they maintain associative symbiosis with the host plant. This study aimed at investigating the influence of soil clays (kaolinite, gibbsite, goethite, and hematite) on phosphate solubilization by the fungus Aspergillus niger. In the first chapter, a literature review is presented addressing the potential use of PSM in agriculture. The interaction between clays and microorganisms is reported and the strategies to enhance microbial phosphate solubilization are described. In the second chapter, an investigation on the influence of kaolinite, gibbsite, goethite, and hematite, on organic acid production and phosphate solubilization by the fungal isolate A. niger FS1. The experiments were conducted in modified NBRIP medium containing 3 g L! of Araxá rock phosphate (RP) supplemented with clays at 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, and 3000 g L'!. The media were inoculated with 10º fungal conidia and incubated for 7 days at 28ºC. AII clays promoted increases in Araxá RP solubilization. The addition of gibbsite and kaolinite to the culture media led to the highest values of soluble P recorded (453.68 and 407.61 mg L', respectively). Gibbsite increased oxalic acid production by the fungus 8.36 times that of the control treatment. Gibbsite and kaolinite also promoted higher yields of citric acid, with 15.69 and 8.93 mmol L' ', respectively. In the third chapter, the hypothetical mechanisms of promotion of phosphate solubilization by clays were verified. Clays were added directly to the culture media as described above or placed in plastic capsules to prevent direct contact of the particles with the fungus. The effects of increasing concentrations of Fe-EDTA, AlCls, and silicic acid on Araxá RP solubilization and organic acid production were also evaluated. The encapsulation of clay particles did not decrease RP solubilization, indicating that the direct contact of the clays with the fungal mycelium is not required to induce RP solubilization. Significant increases in soluble P (3.89 times that of the control treatment) and oxalic acid were observed with increasing concentrations of AlCl;. Fe-EDTA and silicic acid increased phosphate solubilization by only 29 and 11%, respectively, with no significant increases in oxalic and citric acid production. In the fourth chapter, we investigated the effect of kaolinite, gibbsite, goethite, and hematite on the solubilization of Araxá, Argélia, Bayovar, Catalão, Marrocos, and Patos de Minas RPs and aluminum, calcium, and iron phosphate. For this, modified NBRIP medium was supplemented with 3 g L! of each P source above. The media were inoculated with 10º fungal conidia and incubated for 7 days at 28ºC. Gibbsite was the most efficient clay at promoting the solubilization of all RPs tested, reaching 100% cof solubilization for the majority. Kaolinite was particularly effective at the solubilization of iron phosphate, reaching 80.9% of solubilization. Only goethite was capable of enhancing aluminum phosphate solubilization (22./2%). In the fifth chapter, a brief review is presented discussing the question: Are there really microorganisms specialized in phosphate solubilization or is this process merely a side-effect of other microbial metabolic activities? All the findings presented here offer new possibilities for developing innovative strategies to enhance RP solubilization using soil clays. Our results shed light on the interactions between soil clays and fungal hyphae that may operate in the soil to increase P availability to plants. They also improve our understanding on P dynamics in the soil involving PSM and clay minerals. Keywords: Soil clays, phosphate solubilization, organic acids, kaolinite, gibbsite, goethite, hematite, phosphate solubilizing microorganisms.Item Actinobactérias como agentes de biocontrole e promoção de crescimento de soja(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-26) Fernandes, Fábulo Junior Nogueira; Queiroz, Marisa Vieira de; http://lattes.cnpq.br/2541389172357294Item Penicillium sp. 658F5R-AM endofítico de Hevea brasiliensis: anotação do genoma, controle de fitopatógenos, promoção de crescimento vegetal e produção de metabólitos secundários(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-24) Silva, Mirele Lopes da; Queiroz, Marisa Vieira de; http://lattes.cnpq.br/9323296572880336Item Application of eco-friendly alternative methods for controlling Pseudomonas spp. in dairy products(Universidade Federal de Viçosa, 2024-09-27) Rossi, Letícia Elisa; Machado, Solimar Goncalves; http://lattes.cnpq.br/5622267108419962Item Análise de resposta imune de planta induzida por vesículas extracelulares de Ralstonia pseudosolanacearum(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-30) Oliveira, Phedra Gusmão da Silva de; Zerbini, Poliane Alfenas; http://lattes.cnpq.br/0559671336115754O Complexo de Espécies Ralstonia solanacearum (CERS) é composto por bactérias Gram-negativas fitopatogênicas, causadoras da murcha bacteriana, de grande importância no setor agrícola. Esse complexo é formado por três espécies (R. solanacearum, R. pseudosolanacearum e R. syzygii), classificadas em quatro filotipos distribuídos em diferentes regiões geográficas no mundo. A alta diversidade genética, combinada com ampla gama de hospedeiros e alta taxa de sobrevivência da bactéria na ausência de uma planta hospedeira torna a doença de difícil controle. Neste contexto, a utilização de bacteriófagos tem se mostrado uma estratégia promissora para o controle da murcha bacteriana causada pelas bactérias do CERS. Os vírus que infectam bactérias podem se multiplicar de várias maneiras, resultando em diferentes consequências para o hospedeiro, desde a lise celular até infecções crônicas. As infecções crônicas, por sua vez, podem induzir alterações fenotípicas significativas no hospedeiro, afetando características como patogenicidade, crescimento, formação de biofilme entre outras. Vírus classificados na família Inoviridae são vírus que infectam bactérias de forma crônica, e, como consequência desta estratégia de multiplicação, causam diversas modificações fenotípicas nas células infectadas, incluindo alteração da agressividade em bactérias patogênicas. Uma das alterações já descritas é afetar a produção e composição das vesículas extracelulares bacterianas (VEBs). VEBs são nanopartículas complexas de composição e estrutura variável de acordo com o momento fisiológico e interação com o ambiente em que a bactéria está inserida. Com diversas funções, as VEBs podem ser carreadoras de fatores de virulência bastante eficientes, e induzir a resposta imune em plantas ativando mecanismos de resposta de defesa e necrose. Entretanto a resposta imune da planta em resposta à presença de vesículas extracelulares produzidas por bactérias fitopatogências tem sido pouco explorada. O objetivo deste trabalho foi caracterizar VEBs produzidas por Ralstonia pseudosolanacearum, infectadas pelo Ralstonia solanacearum inovirus brazil 1 (RSIBR1), analisar a resposta imune de plantas e possibilidade de imunização contra a murcha bacteriana por VEBs no processo de infecção por R. pseudosolanacearum. O tamanho das vesículas de bactérias não infectadas foi homogêneo, em contraste com bactérias infectadas, onde o tamanho das vesículas produzidas foi bastante heterogêneo. A produção de VEBs também foi afetada em bactérias infectadas pelo inovírus, com dez vezes menos vesículas produzidas quando comparadas com bactérias não infectadas. As vesículas purificadas a partir de culturas de bactérias infectadas e não infectadas causaram reação de hipersensibilidade e necrose tecidual em folhas de tomate, sendo possível observar um perfil fenotípico de resposta mais intensa em plantas infiltradas com VEBs purificadas, a partir da bactéria infectada. A expressão relativa dos genes das proteínas de patogênese classe 1a (pr1A), e semelhante a osmotina (olP) do sistema imune de plantas, obteve um aumento significativo para VEBs purificadas a partir de bactérias infectadas em relação as VEBs de bactérias não infectadas, nos dois períodos de avaliação. A infiltração de plantas com vesículas causou proteção parcial em plantas de tomate contra a murcha bacteriana, com sintomas brandos e reduzida taxa de mortalidade. Esse foi o primeiro relato de VEBs de R. pseudosolanacearum causarem proteção e contra efeitos graves da murcha bacteriana, sendo necessário maior investigação do conteúdo presente nas vesículas. Palavras-chave: vesículas extracelulares; ralstonia spp.; sistema imune de planta.Item Exploring lynronne-1 andcombinational therapy as alternatives to antibiotics for controlling bovinemastitis(Universidade Federal de Viçosa, 2024-05-16) Moreira, Ana Júlia Silva; Mantovani, Hilário Cuquetto; http://lattes.cnpq.br/8282028148510029Item Bioconversão de monômeros de polietileno tereftalato em produtos biotecnológicos por microrganismos(Universidade Federal de Viçosa, 2024-10-01) Somiza, Caio Issamu; Tótola, Marcos Rogério; http://lattes.cnpq.br/0482084690178263Embora a reciclagem seja amplamente utilizada como solução para mitigar o acúmulo de resíduos plásticos, esse processo apresenta limitações consideráveis, como o alto consumo de energia, água e a utilização de solventes orgânicos tóxicos. Além disso, a reciclagem convencional não atende à crescente demanda por substituição dos polímeros sintéticos por biopolímeros, nem soluciona o problema dos resíduos plásticos já acumulados no ambiente. Nesse contexto, a bioconversão de plásticos surge como uma alternativa promissora, integrando a degradação de polímeros à produção de bioprodutos de alto valor agregado, de maneira mais sustentável tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico. O presente estudo teve como objetivo isolar e caracterizar microrganismos capazes de degradar os monômeros de polietileno tereftalato (ácido tereftálico (TA) e etilenoglicol (EG)), e avaliar a produção de compostos com potencial de aplicação biotecnológica. Demonstrou-se que isolados bacterianos obtidos por culturas de enriquecimento foram capazes de produzir biopolímeros, exopolissacarídeos (EPS) e lipídeos a partir desses monômeros, com aplicações promissoras nas indústrias de bioplásticos, cosméticos e farmacêutica. Até este estudo, a produção de lipídeos e exopolissacarídeos não-celulósicos a partir de TA e EG não havia sido reportada, destacando o caráter inovador dos bioprocessos encontrados. Os resultados deste estudo podem fundamentar alternativas à reciclagem convencional, proporcionando novas formas de valorização de resíduos plásticos. Palavras-chave: Bioconversão; Polietileno Tereftalato (PET); Ácido Etilenoglicol; Biossurfactantes; Exopolissacarídeos; Polihidroxialcanoatos. Tereftálico.Item Diversidade microbiana e indicadores microbiológicos de solo afetada pelo derramamento de rejeito de mineração: proveniente do rompimento da barragem B1 em Brumadinho, Minas Gerais(Universidade Federal de Viçosa, 2024-06-17) Goulart, Paulo Wilson; Silva, Cynthia Canêdo da; http://lattes.cnpq.br/3605918489610415Em 2019, ocorreu em Brumadinho, MG, o rompimento da barragem de rejeitos de minério de ferro e desde então, muitos estudos têm sido realizados na área afetada para a reabilitação ambiental. Este trabalho teve como objetivo monitorar o processo de reabilitação ambiental de solo afetado pelo derramamento de rejeitos de mineração, utilizando os bioindicadores: Carbono da Biomassa Microbiana (CBM), Respiração Basal Microbiana, Coeficiente Metabólico, Atividade Enzimática e Diversidade Microbiana. Adicionalmente, foi feito uma prospecção de rizobactérias promotoras de crescimento vegetal, com potencial de uso no impulsionamento da restauração vegetal da área afetada. Para tanto, foram coletadas amostras de solo pertencentes a uma área afetada pelo rejeito, uma área de floresta não afetada (referência), e raízes de plantas da área afetada para isolamento de rizobactérias. Os resultados dos bioindicadores avaliados demonstraram diferenças estatísticas entre as áreas afetada e referência, em todas as coletas. O grupo referência teve melhor aproveitamento de carbono, maiores valores de CBM, atividade da urease, arilsulfatase e fosfatase alcalina, sugerindo uma relação desses indicadores com maior aporte de material orgânico. As análises da estrutura e diversidade microbiana identifiaram espécies indicadoras com alto grau de associação a cada uma das áreas estudadas. Adicionalmente, uma análise integrada de todos os bioindicadores revelou uma aproximação entre as áreas afetada e referência, indicando uma possível recuperação ao longo do tempo estudado, evidenciando que os bioindicadores microbiológicos aplicados a este estudo foram promissores para monitorar o processo de reabilitação da área afetada. O isolamento de rizobactérias proporcionou a obtenção de 29 isolados, dos quais 19 foram promissores em pelo menos dois testes in vitro para solubilização de nutrientes e produção de fitormônios. Ensaios complementares in vivo serão necessários para a formulação de bioinoculantes a ser utilizada na produção de mudas de interesse em processos de recomposição vegetal de solos degradados. Palavras-chave: Bioindicadores. Metataxônomia. Rizobactérias Promotoras de Crescimento de Planta (PGPR). Reabilitação.Item Caracterização biológica e molecular de dois bacteriófagos que infectam Ralstonia solanacearum e Ralstonia pseudosolanacearum(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-01) Januário, Beatriz Dias; Alfenas-Zerbini, Poliane ; http://lattes.cnpq.br/3543315409937736A murcha bacteriana, causada por bactérias do complexo de espécies Ralstonia solanacearum (RSSC). O RSSC é um grupo de bactérias gram-negativas, classificadas nas espécies Ralstonia solanacearum, Ralstonia pseudosolanacearum e Ralstonia syzygii. Estas bactérias têm uma ampla gama de hospedeiros, incluindo muitas culturas de relevância econômica como tomate, berinjela e eucalipto. O controle desta doença é particularmente desafiador devido à persistência das bactérias no solo e na água, à sua grande diversidade genética e à ausência de tratamentos químicos eficazes. Diante desse cenário, a utilização de bacteriófagos, é uma alternativa para o biocontrole de Ralstonia spp.. O presente trabalho teve como objetivo realizar a caracterização biológica e molecular de dois bacteriófagos isolados do solo brasileiro, que infectam bactérias das espécies Ralstonia solanacearum e Ralstonia pseudosolanacearum. Os fagos, denominados RS-Phage-AB1 e RS- Phage-CA1, foram sequenciados e analisados, revelando diversidade genética e de mecanismos de infecção. O fago RS-Phage-AB1, possui um genoma de 41.668 pb com 46 ORFs e conteúdo GC de 64,3%. Foi classificado na família Peduoviridae, sugerindo a criação de um novo gênero "Acarajevirus" e a espécie "Acarajevirus bahia". Identificado como fago temperado com genes como integrase e metiltransferase de DNA, refletindo estratégias distintas de sobrevivência e infecção. O fago RS-Phage-CA1, possui um genoma de 46.254 pb com 59 ORFs e conteúdo GC de 62,3%, não foi classificado em nenhuma família descrita, propondo-se uma nova família viral "Anamaviridae" com as subfamílias Kantovirinae e "Mascarenevirinae". Contém genes como resolvase e endonuclease, indicando mecanismos diferentes de inserção/excisão e resistência a superinfecções. Ambos os fagos mostraram infecção específica para R. solanacearum e R. pseudosolanacearum e possuem genes relacionados à lise bacteriana, como endolisina e holina. Estes resultados contribuem paro o entendimento da diversidade de fagos e seus potenciais aplicações no controle biológico de fitopatógenos. Palavras-chave: Ralstonia solanacearum; Ralstonia pseudosolanacearum; Murcha bacteriana; Classificação taxonômica; Bacteriófagos.Item Selection of xerotolerant rhizobacteria to promote eucalyptus growth and minicuttings rooting(Universidade Federal de Viçosa, 2024-03-20) Moreno, Ariane Maria Rizzoli; Costa, Maurício DutraSUMMARY GENERAL INTRODUCTION Chapter I .............................................................................................................. 17 IMPACT OF DROUGHT ON EUCALYPTUS FORESTS: HOW MICROORGANISMS CAN HELP IN THE DEVELOPMENT OF MORE TOLERANT SEEDLINGS: REVIEW 1. Climate Change: drought ................................................................................. 18 2. Eucalyptus forests .............................................................................................. 19 3. Impact of drought on eucalyptus forests...................................................... 20 4. Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) mechanisms that aid drought tolerance................................................................................................... 21 5. Inhibition of phytopathogens by bacteria: an essential action under water deficit conditions...................................................................................................... 30 6. Rooting of eucalyptus minicuttings by rhizobacteria, essential development for drought-tolerant seedlings............................................................................ 32 7. The use of microorganisms in the agricultural and forestry sectors to mitigate the effects of drought.............................................................................. 34 8. Conclusions and Perspectives ........................................................................36 REFERENCES ................................................................................................................37 Chapter II........................................................................................................................48 IN VITRO CHARACTERIZATION OF DIRECT AND INDIRECT MECHANISMS PERFORMED BY RHIZOBACTERIA TO PROMOTE DROUGHT TOLERANCE ABSTRACT ............................................................................................................... 49 1. INTRODUTION .................................................................................................. 51 2. MATERIALS AND METHODS ........................................................................52 2.1. Ability of rhizobacteria to tolerate low precipitation and high salinity environments............................................................................................................52 2.1.1. Identification of xerotolerant rhizobacteria......................................... 52 2.1.2. Identification of halotolerant rhizobacteria .......................................53 2.2. Direct mechanisms for drought tolerance ..............................................54 2.2.3. N fixation in NFb and JNFb media........................................................ 55 2.2.4. Phosphate solubilisation........................................................................... 55 2.2.5. Indole-3-acetic acid (IAA) production..................................................... 56 2.3. Indirect mechanisms for drought tolerance.............................................. 56 2.3.1. Ammonia (NH3) production assay........................................................... 56 2.3.2. Siderophore production ............................................................................... 57 2.3.3. Cellulase production ..................................................................................... 57 2.3.4. Chitinase production ...................................................................................... 58 2.3.5. Hydrogen cyanide production (HCN) ....................................................... 58 2.3.6. Antagonisms assays ........................................................................................ 59 2.3.6.1. Antagonism by direct confrontation ....................................................... 59 2.3.6.2. Antagonism by supernatant ....................................................................... 59 2.3.6.3. Antagonism by volatile organic compounds (VOCs)........................ 60 2.4 Statistical analyses ............................................................................................. 60 3. RESULTS ..................................................................................................................... 60 3.1 Ability of rhizobacteria to tolerate low precipitation and high salinity environments........60 3.1.1. Xerotolerant rhizobacteria............................................................................. 60 3.1.2. Halotolerant rhizobacteria ............................................................................ 62 3.2. Direct mechanisms for drought tolerance .................................................. 65 3.2.1. Exopolysaccharide (EPS) production......................................................... 65 3.2.2. Biofilm formation assay ................................................................................. 66 3.2.3. N fixation in NFb and JNFb media .............................................................. 68 3.2.4. Phosphate solubilisation ................................................................................ 70 3.2.5. Indole-3-acetic acid (IAA) production ....................................................... 73 3.3. Indirect mechanisms for drought tolerance ................................................ 74 3.3.1. Ammonia (NH3) production assay ............................................................. 74 3.3.2. Siderophore Production ............................................................................... 75 3.3.3. Cellulase production ...................................................................................... 77 3.3.4. Chitinase production ...................................................................................... 79 3.3.5. Hydrogen cyanide production (HCN) ...................................................... 80 3.3.6. Antagonisms assays ...................................................................................... 80 3.3.6.1. Antagonism by direct confrontation ...................................................... 80 3.3.6.2. Antagonism by supernatant ..................................................................... 82 3.3.6.3. Antagonism by volatile organic compounds (VOCs)........................ 84 4. DISCUSSION ............................................................................................................ 86 4.1 Ability of rhizobacteria to tolerate low precipitation and high salinity environments ..... 87 4.2 Direct mechanisms for drought tolerance .................................................... 88 4.3 Indirect mechanisms for drought tolerance ................................................ 90 5. CONCLUSION ......................................................................................................... 92 REFERENCES .............................................................................................................. 93 SUPPLEMENTARY MATERIAL ................................................................................ 97 Chapter III ....................................................................................................................... 99 PROMOTING THE GROWTH OF EUCALYPTUS CLONES IN A FOREST NURSERY UNDER WATER DEFICIT CONDITIONS THROUGH RHIZOBACTERIAL INOCULATION ABSTRACT ................................................................................................................ 100 1. INTRODUTION ................................................................................................. 102 2. MATERIALS AND METHODS ....................................................................... 103 2.1 Preparation of rhizobacteria inoculants .................................................... 103 2.2 Preparation of eucalyptus seedlings ......................................................... 104 2.3 Experiment assembly...................................................................................... 104 2.4 Morphological and nutritional evaluation ............................................... 105 2.5 Statistical analyses .......................................................................................... 107 3. RESULTS ................................................................................................................ 107 3.1 Morphological characteristics of eucalyptus clones under water reductions ................. 107 3.1.1 Leaf number, branching, collar diameter, and height of VM01 clone ........................ 107 3.1.2 Root, shoot and total dry mass of VM01 clone under water reductions ..................... 108 3.1.3 Leaf number, branching, collar diameter, and height of I144 clone ........................... 112 3.1.4 Root, shoot and total dry mass of I144 clone under water reductions......................... 112 3.2 Principal component analysis: effect of rhizobacteria inoculation on eucalyptus nutrition under water reductions............................................................................................................. 114 3.2.1 VM01 clone ............................................................................................. 114 3.2.2 I144 Clone ................................................................................................ 116 4. DISCUSSION .................................................................................................. 117 4.1 Morphological characteristics of eucalyptus clones under water reductions ................. 117 4.2 Effect of rhizobacteria inoculation on eucalyptus nutrition under water reductions ...... 118 5. CONCLUSION ....................................................................................................120 REFERENCES ......................................................................................................... 122 SUPPLEMENTARY MATERIAL ........................................................................ 125 Chapter IV ............................................................................................................... 140 POTENTIAL OF RHIZOBACTERIA IN IMPROVING ROOTING OF MINICUTTINGS OF CLONES VM01 (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus camaldulensis) and I144 (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis) IN GREENHOUSE ROOTING ABSTRACT .............................................................................................................. 141 1. INTRODUTION ................................................................................................. 143 2. MATERIALS AND METHODS ...................................................................... 144 2.1 Compatibility between rizobacterial isolates ........................................ 144 2.2 Rhizobacterial inoculants ............................................................................ 145 Assembling the Rooting Experiment ............................................................... 145 2.4 Determination of rooting time in a greenhouse rooting ..................... 147 2.5 Determination of root variables ................................................................ 147 2.6 Statistical analysis ........................................................................................ 148 3. RESULTS ............................................................................................................ 148 3.1 Compatibility test between rhizobacterial isolates ........................... 148 3.2 VM01 Clone .................................................................................................... 149 3.2.1 Percentage and rooting efficiency of minicuttings........................... 149 3.2.2 Morphological characteristics of the root system ............................ 151 3.2.2.1 Length (cm), diameter (mm) and distribution of root length by diameter class ....... 151 3.2.2.2. Projected area (cm2), surface area (cm2) and root volume (cm3) .......................... 153 3.2.2.3 Average root dry mass ..................................................................... 154 3.2.3 Development of the aerial part during the 35 days in the greenhouse rooting ............ 155 3.3 I144 Clone ........................................................................................................155 3.3.1 Percentage and rooting efficiency of minicuttings ........................... 155 3.3.2 Morphological characteristics of the root system ........................... 157 3.3.2.1 Length (cm), diameter (mm) and distribution of root length by diameter class ....... 157 3.3.2.2. Projected area (cm2), surface area (cm2) and root volume (cm3) ............................ 159 3.3.2.3 Average root dry mass ............................................................................ 160 3.3.3 Development of the aerial part during the 35 days in the greenhouse rooting ............ 161 4. DISCUSSION ......................................................................................................... 161 4.1 Rooting efficiency of VM01 and I144 clones ............................................ 161 4.2 Morphological characteristics of the root system ................................. 163 4.3 Rhizobacteria in root development of clones VM01 and I144............164 5. CONCLUSION ................................................................................................... 165 REFERENCES ........................................................................................................ 167