Microbiologia Agrícola
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Item Inóculo FMA on farm: desvendando o potencial funcional e diversidade microbiana associados ao cultivo de Caesalpinia peltophoroides Benth(Universidade Federal de Viçosa, 2025-07-18) Vieira, Nicolly Alves; Silva, Cynthia Canedo da; http://lattes.cnpq.br/2819319306033891A aplicação de bioinoculantes é uma estratégia promissora para a produção de mudas florestais a serem implementadas em programas de reabilitação de áreas degradadas. Dentre os bioinoculantes, destaca-se o inóculo de fungos micorrízicos arbusculares (FMA), obtido pelo método on farm, dado seu baixo custo de produção, sua viabilidade técnica e seu potencial de adaptação local. Este trabalho teve como objetivos desvendar os efeitos do inóculo de FMA on farm no crescimento de Caesalpinia peltophoroides, nas propriedades físico-químicas do solo rizosférico e nutricionais vegetais, elucidar o impacto do inóculo na modulação da comunidade microbiana rizosférica e investigar o seu potencial funcional. Com esse intuito, a pesquisa se moldou em uma abordagem multifacetada e complementar, partindo da avaliação de parâmetros biométricos e edáficos do sistema planta-solo, análise de diversidade microbiana por sequenciamento de amplicon (RNAr 16S e ITS), bem como a análise do potencial funcional por metagenômica shotgun aliada à reconstrução de genomas microbianos. Os resultados obtidos demonstraram benefícios significativos no crescimento de C. peltophoroides, com incrementos de até 299% na massa seca de raízes (de 2,15 g no controle para 8,30 g no tratamento inoculado), 137% na massa seca aérea (de 2,68 g para 6,34 g), e aumentos de 55% na altura total das plantas (de 44,7 cm para 69,0 cm). A colonização micorrízica atingiu 60% nas plantas inoculadas apenas com FMA on farm e 32% quando combinada com fertilização. Melhorias significativas foram observadas nas propriedades do solo, incluindo aumento da matéria orgânica, capacidade de troca catiônica e água disponível. A metataxonomia destacou nos tratamentos inoculados a presença de microrganismos como Pirellula, Nitrosomonadaceae, Coniochaeta e Septoglomus, associados à ciclagem de nutrientes, degradação de matéria orgânica e lignocelulose e à formação de micorriza arbuscular. Gêneros biomarcadores para o inóculo de FMA on farm em C. peltophoroides foram encontrados, gerando subsídios para monitoramento de sua eficácia e persistência. A metagenômica evidenciou uma especialização funcional da comunidade rizosférica, com menor número de genomas montados a partir de metagenomas desempenhando uma mesma função de forma eficiente. Com esses resultados, foi possível contribuir para a validação do FMA on farm, oferecendo insights para o entendimento de como esse inoculante atua na promoção de crescimento de plantas e gerando dados acerca de sua diversidade microbiana associada. Assim, este trabalho corrobora com o potencial do FMA on farm enquanto bioinoculante sustentável e eficiente. Os dados fornecem uma base científica para a aplicação deste bioinoculante em C. peltophoroides, bem como implementá-lo em programas de reabilitação de áreas impactadas, abrindo caminhos também para o desenvolvimento de metodologias de rastreamento com base em biomarcadores microbianos. Palavras-chave: fungos micorrízicos arbusculares; promoção de crescimento vegetal; metataxonomia; metagenômica.Item Explorando o potencial genético de rizóbios: uma abordagem sobre Elementos Integrativos e Conjugativos (ICEs) e Elementos Mobilizáveis Integrativos (IMEs)(Universidade Federal de Viçosa, 2025-05-16) Lima, Luiza Maria Oliveira de; Santana, Mateus Ferreira; http://lattes.cnpq.br/0967945074770205A demanda por fertilizantes, representa um dos maiores desafios globais devido ao alto custo e potencial de contaminação ambiental, impactando negativamente a agricultura e colocando em risco a segurança alimentar mundial. Por outro lado, prevê-se que a produção agrícola precise aumentar 60% até 2050 para atender a crescente demanda, o que torna urgente o desenvolvimento de soluções sustentáveis. Neste contexto, a biotecnologia agrícola, com ênfase no uso de microrganismos promotores de crescimento de planta, surge como uma abordagem promissora, por serem ecologicamente sustentável com baixo impacto ambiental. Os Elementos Integrativos e Conjugativos (ICEs) e os Elementos Mobilizáveis e Integrativos (IMEs) nos genomas de rizóbios, especialmente da família Rhizobiaceae, apresentam um repertório de genes acessórios com potencial para promover o crescimento vegetal, hipótese investigada por meio de análises in silico que incluíram a caracterização de ICEs e IMEs em genomas bacterianos. Os ICEs, elementos genéticos móveis capazes de realizar transferência horizontal de genes por conjugação, emergem como candidatos promissores para o desenvolvimento de bioinoculantes eficientes e bioprodutos agrícolas sustentáveis. Nossas análises in silico fornecem indícios iniciais de que esses elementos podem abrigar genes com funções relevantes, mas sua efetividade prática dependerá de validações experimentais em estudos futuros. Neste trabalho, 568 genomas completos de rizóbios foram investigados quanto à presença de ICEs e IMEs, utilizando softwares como ICEfinder, OriTfinder, CONJScan e Geneious Prime. Foram identificados 329 ICEs putativos, cuja localização cromossômica foi confirmada e cuja presença de componentes essenciais, como o sistema de secreção do tipo IV (T4SS) foi analisada. Os resultados revelam uma distribuição variada dos ICEs e IMEs entre os gêneros, com destaque para Bradyrhizobium, onde foi identificado o maior número de ICEs (173), seguido por Agrobacterium (51) e Rhizobium (33). Os resultados indicaram que as bactérias estudadas apresentam alta ocorrência de ICEs e IMEs, com diversidade notável entre gêneros e espécies, especialmente no gênero Bradyrhizobium que possui uma maior diversidade de genes cargo, o que pode contribuir para sua adaptabilidade em diferentes ecossistemas.Palavras-chave: conjugação genômica; mobiloma; promoção de crescimento vegetal.Item Análise genômica de Serratia liquefaciens isolada de leite e inibição da proteólise e lipólise por nisina(Universidade Federal de Viçosa, 2023-05-12) Ribeiro, Leandro Cardoso; Vanetti, Maria Cristina Dantas; http://lattes.cnpq.br/6601616143350350Serratia é um gênero de bactérias Gram-negativas que pode ser encontrado em diversos ambientes como solo, água, plantas, animais e humanos. Algumas espécies são relatadas como contaminantes de alimentos, sendo associadas à deterioração de produtos alimentícios, resultando em prejuízos econômicos e ambientais devido ao desperdício. A espécie S. liquefaciens é frequentemente mencionada como deterioradora de alimentos refrigerados, como frutos do mar, queijos e leite cru. É considerada um problema para a indústria de alimentos devido à síntese de enzimas extracelulares termorresistentes, como proteases e lipases, que permanecem ativas mesmo após o processamento térmico. Estudos prévios mostraram o efeito inibidor da bacteriocina nisina sobre a atividade de proteases e lipases de S. liquefaciens. Nisina é um peptídeo catiônico com amplo espectro de ação contra bactérias Gram-positivas, e seu uso como conservante de alimentos é permitido desde 1950. Este trabalho objetivou investigar as características moleculares de S. liquefaciens L211 isolada de leite, por meio de análises genômicas utilizando ferramentas de bioinformática e avaliar o efeito da nisina nas atividades proteolítica e lipolítica da bactéria em questão. Para isso, foi realizado o sequenciamento do genoma de S. liquefaciens L211 utilizando a plataforma MinION. Em seguida a montagem e anotação do genoma foram realizadas, destacando as características funcionais dos genes da bactéria. Foram realizadas análises comparativas do genoma do isolado L211 com outros genomas S. liquefaciens, completos e anotados, disponíveis no banco de dados do NCBI. Análises fenotípicas evidenciaram que o S. liquefaciens L211 possui a capacidade de se locomover, utilizando os motilidades do tipo swarming, swimming e twitching. Além disso, foi constatada a capacidade de síntese de sideróforos, proteases e poliuretanase com atividade de lipase no isolado. As atividades proteolítica e lipolítica de S. liquefaciens L211 foram avaliadas e quantificadas em leite desnatado reconstituído à 10% (p/v) com e sem a adição de nisina (400 UA/mL) para verificar o efeito inibitório de nisina sobre a atividade enzimática. Posteriormente, foi avaliado se a inibição da atividade enzimática por nisina é decorrente da diminuição da expressão dos genes ser1, ser2 e lipA relacionados com a síntese das proteases e lipase de S. liquefaciens. As análises do genoma de S. liquefaciens L211 revelaram que a espécie apresenta características genéticas preservadas, ao passo que as variações entre os indivíduos da espécie S. liquefaciens possibilitam sua adaptação a diferentes ambientes. Além disso, também foi observado que S. liquefaciens possui genes que codificam enzimas associadas à deterioração de alimentos. Foi demonstrado que, apesar de não ter atividade bactericida contra S. liquefaciens, a concentração 400 UA/mL de nisina inibe a atividade proteolítica e lipolítica. Não foram encontradas referências na literatura que relatem a inibição das atividades enzimáticas por nisina em S. liquefaciens. Nisina inibiu a transcrição de genes de proteases e lipase de S. liquefaciens L211 e o mecanismo de regulação envolvido ainda precisa ser elucidado. Este trabalho destaca a versatilidade do repertório genético de S. liquefaciens, a relevância da bactéria como deterioradora de alimentos e revela o potencial inibitório de nisina sobre a atividade enzimática. Palavras-chave: Tese. Pós-graduação. Leite. Microbiologia. Serratia liquefaciens. Bactérias Gram-negativas. Nisina. Proteólise. Lipólise. Genômica.Item The known unknowns: understanding slow-growing bacteria and their plant interaction through reverse ecology approaches(Universidade Federal de Viçosa, 2023-07-18) Gonçalves, Osiel Silva; Santana, Mateus Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5810415406152941The cultivation of bacteria that exhibit slow growth rates has posed a longstanding challenge in microbiology, resulting in a significant number of unculturable bacterial species. This phenomenon, known as the "great plate count anomaly", represents one of the oldest unresolved topics in the field. Recent advancements in cultivation techniques have shown promise in overcoming this challenge. In addition, the study of slow-growing bacteria and their interactions with plants has gained significant attention due to their ecological importance and potential applications in agriculture. Genomics techniques have provided valuable insights into the genetic characteristics underlying microbe-plant interactions. In this context, by examining the in-cultivation techniques, genomics, and computational modeling, we seek to shed light on the slow-growing bacteria and uncover their contributions to ecosystem functioning and plant interaction. Our initial understanding was obtained through the study of 92 slow-growing bacteria isolated from the Brazilian Cerrado soil during a four week-long isolation period. These bacteria can thrive in low-water conditions, promote plant growth, and belong to a novel species group. Genome analysis of five strains revealed their potential in biogeochemical cycles, plant growth promotion, and biosynthesis of secondary metabolites. Next, we conducted greenhouse experiments to assess the efficacy of these bacteria in soybean cultivation, employing a carefully designed bacterial consortium based on our comprehensive understanding of microbial-microbe and plant-microbe interactions. The results showed promising outcomes for improving soybean productivity. In the third chapter of this thesis, we employed in-silico modeling to design a synthetic microbial community aimed at enhancing the yield of important crop plants. By selecting six hub species with essential plant growth-promoting traits from the dominant plant species found in the Campos rupestres, we aimed to optimize the plant-microbe interactions and maximize crop productivity. Lastly, our analysis of 758 metagenome- assembled genomes shed light on the global distribution of the Acidobacteriota phylum and its interactions with plants and biogeochemical processes. This exploration revealed distinct ecological roles for individual taxonomic groups within this phylum, providing valuable insights for future research. Overall, our thesis contributes to a better understanding of slow-growing bacteria, their ecological significance, and their potential applications in agriculture, offering insights into ecosystem functioning and plant interactions. Keywords: Agriculture. Slow-growing bacteria. Ecosystems. Genomics. Microbe-plant interactions. Microbiology