Identificação e caracterização de uma bactéria do gênero Paenibacillus com potencial para a promoção do crescimento de plantas

Abstract

O crescimento e a produtividade das plantas são amplamente influenciados pelos micro-organismos do solo, especialmente as bactérias benéficas conhecidas como PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria), as quais são encontradas ao redor das raízes ou associadas a tecidos vegetais. Membros do gênero Paenibacillus apresentam ampla diversidade metabólica e têm sido isolados de diferentes plantas e habitats. Em estudos anteriores, três bactérias anaeróbias facultativas formadoras de endósporos (denominadas P3E, P26E e P32E) foram isoladas da rizosfera de girassol cultivado em campos do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Estes isolados apresentaram resultados positivos para fixação de nitrogênio e foram identificados como membros do gênero Paenibacillus, de acordo com análises preliminares do gene 16S rRNA. Os genomas desses isolados foram sequenciados e análises genômicas de identidade média de nucleotídeos (ANI e OrthoANI) e hibridização DNA-DNA digital (dDDH) foram realizadas. Nas três métricas, valores abaixo do ponto de corte foram obtidos quando os isolados de girassol foram comparados às linhagens-tipo das espécies intimamente relacionadas (Paenibacillus graminis, Paenibacillus jilunlii e Paenibacillus sonchi). Reconstruções filogenéticas baseadas no gene 16S rRNA e no core proteome mostraram que P3E, P26E e P32E formam um grupo monofilético, o qual não incluiu nenhuma linhagem-tipo das espécies atuais de Paenibacillus. O isolado P26E, designado a linhagem-tipo da nova espécie, produziu endósporos elipsoidais com localização terminal sob crescimento em anaerobiose. Os principais ácidos graxos celulares foram anteiso–C15:0 e iso–C15:0, que representaram cerca de 58 e 14% do total de ácidos graxos em P26E, respectivamente. A linhagem P26E apresentou um maior percentual de ácido graxo iso–C15:0, ao invés de iso–C16:0, contrastando com as demais espécies intimamente relacionadas. O valor encontrado para o conteúdo de DNA G+C foi de 49,4 mol%, aproximadamente 1% menor que o conteúdo de Paenibacillus riograndensis, P. jilunlii, P. graminis e P. sonchi. Com base em diferentes métricas genômicas, filogenia e dados fenotípicos (como redução de nitrato, crescimento em presença de 0,001% de lisozima, bem como análise da capacidade de produção de ácido a partir de diferentes fontes de carbono), foi sugerido que P26ET representa a linhagem-tipo de uma nova espécie dentro do gênero Paenibacillus, para o qual o nome Paenibacillus helianthi sp. nov. foi proposto.

Plant growth and productivity are largely influenced by soil microbes, especially the beneficial bacteria known as PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria), which are found around roots or associated with plant tissues. Members of the genus Paenibacillus present broad metabolic diversity and have been isolated from different plants and habitats. In previous studies, three facultative anaerobic endospore-forming bacteria (designated P3E, P26E, and P32E) were isolated from the rhizosphere of sunflower grown in fields of Rio Grande do Sul State (Brazil). These isolates presented positive results for nitrogen fixation and were identified as members of the genus Paenibacillus, according to preliminary analyses of 16S rRNA gene. The genomes of these isolates were sequenced and genomic analyses of average nucleotide identity (ANI and OrthoANI) and digital DNA-DNA hybridization (dDDH) were performed. In the three metrics, values below the cut-off point were obtained when the sunflower isolates were compared to the closely related type-strain species (Paenibacillus graminis, Paenibacillus jilunlii, and Paenibacillus sonchi). In silico DNA–DNA hybridization (dDDH) also showed similarity ranges below the recommended threshold of 70%. Phylogenetic reconstructions based on 16S rRNA gene and core-proteome showed that P3E, P26E, and P32E form a monophyletic cluster, which did not included any type strain of the current Paenibacillus species. The isolate P26E, designated as type strain, produced ellipsoidal endospores terminally located in swollen sporangia, under anaerobiosis growth. Major cellular fatty acids were anteiso–C15:0 and iso–C15:0, which represent about 58 and 14% of the total fatty acids in P26E, respectively. The strain P26E showed a high percentual of the fatty acid iso–C15:0 than iso–C16:0, in contrast to other closely related species. The value found for the DNA G + C content of P26E was 49.4 mol %, approximately 1 percent lower than the content of Paenibacillus riograndensis, P. jilunlii, P. graminis, and P. sonchi. Based on different genomic metrics, phylogeny, and phenotypic data (like nitrate reduction, growth in the presence of 0,001% of lysozyme, as well as the analysis of the production of acid from different sources of carbon), it was suggested that P26E represents a type strain of a novel species within the genus Paenibacillus, for which the name Paenibacillus helianthisp. nov. was proposed.