Draft genome sequence of Paraburkholderia tropica Ppe8 strain, a sugarcane endophytic diazotrophic bacterium

Abstract Paraburkholderia tropica (syn Burkholderia tropica) are nitrogen-fixing bacteria commonly found in sugarcane. The Paraburkholderia tropica strain Ppe8 is part of the sugarcane inoculant consortium that has a beneficial effect on yield. Here, we report a draft genome sequence of this strain elucidating the mechanisms involved in its interaction mainly with Poaceae. A genome size of approximately 8.75 Mb containing 7844 protein coding genes distributed in 526 subsystems was de novo assembled with ABySS and annotated by RAST. Genes related to the nitrogen fixation process, the secretion systems (I, II, III, IV, and VI), and related to a variety of metabolic traits, such as metabolism of carbohydrates, amino acids, vitamins, and proteins, were detected, suggesting a broad metabolic capacity and possible adaptation to plant association.

Germinação e vigor de sementes de arroz inoculadas com bactérias diazotróficas / Rice seed germination and vigour as affected by the inoculation with diazotrophic bacteria

Objetivou-se, neste trabalho, avaliar a germinação e o vigor das sementes de arroz inoculadas com bactérias diazotróficas. Foram instalados dois experimentos, sendo que no primeiro o delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial, com dois lotes de sementes arroz da cultivar IC4440 x 10 tratamentos, com quatro repetições. Os tratamentos foram representados pela inoculação com oito estirpes de bactérias diazotróficas (AR1122, M130, BF1358, ZAE94, AR3122, AR2112, CD e BR2113), bem como pelo recobrimento das sementes com a turfa umedecida com o meio de cultivo esterilizado e pelas sementes não inoculadas. No segundo experimento, o delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado, em esquema fatorial, com dois lotes de sementes recém-colhidas das cultivares IR42 e Zebu Branco x oito tratamentos, com quatro repetições. Os tratamentos foram representados pela inoculação das sementes com seis estirpes de bactérias diazotróficas (BF1358, AR3122, AR1122, ZAE94, M130 e AR2112), bem como pelo recobrimento das sementes com a turfa umedecida com o meio de cultivo esterilizado e pela não realização do procedimento de inoculação. As bactérias AR1122, M130, BF1358, ZAE94 e AR3112 podem ser selecionadas para formular inoculante para sementes de arroz. A inoculação com as bactérias diazotróficas aumenta a velocidade de germinação das sementes das cultivares IR42 e Zebu Branco, com menor contaminação por fungos.

The objective of this work was to evaluate the germination and vigour of rice seeds affected by inoculation with diazotrophic bacteria. Two experiments were conduced. In the first one, a completely randomized design with four replications arranged in a factorial scheme (2 lots x 10 treatments) was used. For this, rice seeds of cultivar IC4440 were inoculated with eight strains of diazotrophic (AR1122, M130, BF1358, ZAE94, AR3122, AR2112, CD e BR2113), submitted to coating with peat soil humidified with a sterile medium and not inoculated. In the second study, a completely randomized design with four replications arranged in a factorial scheme (2 lots x 6 treatments) was used. For this, recently harvested seeds of cultivars IR42 and Zebu Branco were inoculated with six strains (BF1358, AR3122, AR1122, ZAE94, M130 e AR2112), submitted to coating with peat soil humidified with a sterile medium and not inoculated. The bacteria AR1122, M130, BF1358, ZAE94 and AR3112 can be selected for inoculation of rice seeds. The inoculation of diazotrophic bacteria increases the speed of germination of rice seeds of cultivars IR42 e Zebu Branco, with low contamination by fungi.

A Brazilian Bacillus thuringiensis strain highly active to sugarcane borer Diatraea saccharalis (Lepidoptera: Crambidae)

The control of the major sugarcane pest, Diatraea saccharalis, is limited by the stem location of the caterpillar. As part of a long-term project towards the development of an alternative and efficient delivery system of Cry proteins to control the sugarcane borer, the current work describes the selection and characterization of a Brazilian B. thuringiensis strain with prominent activity towards D. saccharalis. Strain S76 was eleven-fold more active than the HD-1 Lepidoptera-standard strain, as estimated by the LC50 of 13.06 mug/L and 143.88 mug/L, respectively. We observed bipiramidal and cuboidal crystals similar to those found in other B. thuringiensis strains with entomopathogenic activity against Lepidoptera and Diptera. In addition, smaller and spherical crystalline inclusions were also observed. The plasmid profile of strain S76 is similar to that of HD-1. PCR amplifications of S76 DNA using cry specific primers confirmed the presence of cry1Aa,cry1Ab,cry1Ac,cry2Aa1, and cry2Ab2, but not cry1Ad, cry2Ac and cry9 type genes. No differences that could explain the superior activity of S76 when compared to HD-1, the Lepidoptera standard strain, were observed. Nevertheless, its higher entomopathogenic activity has pointed this strain S76 as a potential source of cry genes to control sugarcane borer, an important pest that affects sugarcane, a crop that occupies a planted area of about 6 million ha in Brazil.

Diatraea saccharalis é o inseto-praga que provoca os maiores danos a cultura da cana-de-açúcar, e seu controle é limitado pela localização do ataque no interior do colmo das plantas. Como parte de um projeto a longo prazo com o objetivo de desenvolver uma alternativa eficiente para o controle da broca da cana utilizando as proteínas Cry de Bacillus thuringiensis, o presente trabalho descreve a seleção e caracterização de uma estirpe desta bactéria com atividade larvicida para D. saccharalis. A estirpe brasileira S76, foi selecionada pela alta atividade letal contra larvas da broca, dez vezes maior do que a estirpe comercial HD-1 de B. thuringiensis, com resultados da CL50 de 13.06 mug/L e 143.88 mug/L, respectivamente. Foram observados cristais bipiramidais e cuboides similares aos encontrados em outras estirpes de B. thuringiensis com atividade entomopatogenica para lepidópteros e dípteros. Adicionalmente, foram visualizadas pequenas inclusões cristalinas esféricas. O perfil plasmidial da estirpe S76 foi similar ao observado na estirpe HD-1. Amplificações por PCR confirmaram a presença dos genes cry1Aa,cry1Ab,cry1Ac,cry2Aa1 e cry2Ab2, porém não foram detectados os genes cry1Ad,cry2Ac e cry9 na estirpe S76. Não foi observada nenhuma diferença para explicar a maior atividade da estirpe S76 quando comparada a HD-1. Entretanto, os resultados indicam a estirpe S76 como fonte potencial de genes cry para controlar D. saccharalis, praga importante que afeta plantas de cana-de-açúcar, cultura esta que ocupa uma área plantada de 6 milhões ha no Brasil.

Response of micropropagated sugarcane varieties to inoculation with endophytic diazotrophic bacteria

Experimentos anteriores estimaram que a cana-de-açúcar pode obter até 60% do N acumulado via fixação biológica de nitrogênio (FBN). Neste trabalho, os efeitos da inoculação da mistura de cinco espécies de bactérias diazotróficas endofíticas foram testados em duas variedades de cana-de-açúcar micropropagadas, sob condições de campo. Após 17 meses de crescimento, a produtividade e a FBN apresentaram influência do genótipo vegetal e da localidade de cultivo. As maiores contribuições via FBN foram observadas no solo de menor fertilidade, para ambas variedades de cana-de-açúcar. Pequenos aumentos de produtividade foram observados para a variedade SP 701143 nos solos de baixa e média fertilidade. Por outro lado, a inoculação na variedade SP 813250 apresentou decréscimo de produtividade nos três tipos de solo testados.

Evaluation of the biological nitrogen fixation contribution in sugarcane plants originated from seeds and inoculated with nitrogen-fixing endophytes

A técnica de inoculação com bactérias diazotróficas endofíticas na cana-de-açúcar apresenta-se como uma prática alternativa para promover o crescimento vegetal menos dependente da adubação nitrogenada. Este trabalho teve como objetivo avaliar a contribuição da fixação biológica de nitrogênio (FBN) por diferentes estirpes de Herbaspirillum seropedicae e Gluconacetobacter diazotrophicus inoculadas em plantas de cana-de-açúcar originadas de semente. As sementes foram plantadas em vasos com solo não estéril, inoculadas com as diferentes bactérias e mantidas por 10 meses ao ar livre. As maiores contribuições da FBN ocorreram com a inoculação de estirpes Herbaspirillum seropedicae, e dependeram da espécie vegetal utilizada como testemunha. As raízes apresentaram-se como o órgão vegetal preferencial para o estabelecimento das espécies inoculadas.

Response of micropropagated sugarcane varieties to inoculation with endophytic diazotrophic bacteria

Previous studies estimated that sugarcane could obtain up to 60% of total nitrogen accumulated from BNF. Here a mixture of five endophytic diazotrophic strains was tested in a field trial, inoculated in two micropropagated sugarcane varieties and three locals, to determine the effects on commercial crop conditions. The sugarcane plantlets were inoculated in vitro, and after 17 months of growing in the field, the productivity and BNF contribution showed to be influenced by the plant genotype and soil type. The highest BNF contributions was observed in the poorest soil for both varieties. Smaller increases in productivity were observed for SP 701143 variety grown in soil with low or medium fertility. In contrast, a decrease in the stem productivity was observed in the SP 813250 variety grown in the three localities.

Experimentos anteriores estimaram que a cana-de-açúcar pode obter até 60% do N acumulado via fixação biológica de nitrogênio (FBN). Neste trabalho, os efeitos da inoculação da mistura de cinco espécies de bactérias diazotróficas endofíticas foram testados em duas variedades de cana-de-açúcar micropropagadas, sob condições de campo. Após 17 meses de crescimento, a produtividade e a FBN apresentaram influência do genótipo vegetal e da localidade de cultivo. As maiores contribuições via FBN foram observadas no solo de menor fertilidade, para ambas variedades de cana-de-açúcar. Pequenos aumentos de produtividade foram observados para a variedade SP 701143 nos solos de baixa e média fertilidade. Por outro lado, a inoculação na variedade SP 813250 apresentou decréscimo de produtividade nos três tipos de solo testados.

Evaluation of the biological nitrogen fixation contribution in sugarcane plants originated from seeds and inoculated with nitrogen-fixing endophytes

The inoculation technique with endophytic diazotrophic bacteria in sugarcane has been shown as an alternative practice to plant growth promotion. The aim of this work was to evaluate the biological nitrogen fixation (BNF) contribution by different strains of Herbaspirillum seropedicae and Gluconacetobacter diazotrophicus in sugarcane plant inoculated from seeds. The seeds were planted in pots filled with non-sterile soil, inoculated with the bacterial strains and grown 10 months outside of the greenhouse. The BNF contribution of the inoculated bacteria varied depending on the plant species used as a control. The highest BNF contribution as well as the highest populations of reisolated bacteria was observed with inoculation of H. seropedicae strains. The roots appeared to be the preferential tissues for the establishment of the inoculated species.

A técnica de inoculação com bactérias diazotróficas endofíticas na cana-de-açúcar apresenta-se como uma prática alternativa para promover o crescimento vegetal menos dependente da adubação nitrogenada. Este trabalho teve como objetivo avaliar a contribuição da fixação biológica de nitrogênio (FBN) por diferentes estirpes de Herbaspirillum seropedicae e Gluconacetobacter diazotrophicus inoculadas em plantas de cana-de-açúcar originadas de semente. As sementes foram plantadas em vasos com solo não estéril, inoculadas com as diferentes bactérias e mantidas por 10 meses ao ar livre. As maiores contribuições da FBN ocorreram com a inoculação de estirpes Herbaspirillum seropedicae, e dependeram da espécie vegetal utilizada como testemunha. As raízes apresentaram-se como o órgão vegetal preferencial para o estabelecimento das espécies inoculadas.

Expression of sugarcane genes induced by inoculation with Gluconacetobacter diazotrophicus and Herbaspirillum rubrisubalbicans

Diversos genótipos brasileiros de cana-de-açúcar säo capazes de crescer com baixa adiçäo de adubos nitrogenados, obtendo elevadas contribuições da Fixaçäo Biológica de Nitrogênio (FBN). Um tipo especial de associaçäo com bactérias fixadoras de nitrogênio foi descrito em cana-de-açúcar, onde as bactérias endofíticas, como Gluconacetobacter diazotrophicus e Herbaspirillum spp., colonizam o interior dos tecidos vegetais, sem causar sintomas de doença. Com o objetivo de tentar entender o papel da cana-de-açúcar nesse tipo de associaçäo, nós investigamos os perfis de expressäo gênica de plantas colonizadas pelos diazotróficos endofíticos, usando o banco de dados do SUCEST. Um catálogo com os genes de cana-de-açúcar que säo candidatos a se expressar exclusivamente ou preferencialmente durante a associaçäo foi gerado. Esses dados preliminares sugerem que a cana-de-açúcar deve ter uma participaçäo ativa na interaçäo, respondendo a diversos processos metabólicos durante a associaçäo.

Use of endophytic diazotrophic bacteria as a vector to express the cry3A gene from "Bacillus thuringiensis"

The goal of this study was to evaluate the potential of endophytic diazotrophic bacteria as a vector to express a 'cry' gene from "Bacillus thuringiensis", envisaging the control of pests that attack sugarcane plants. The endophytic nitrogen-fixing bacteria "Gluconacetobacter diazothophicus" strain BR11281 and "Herbaspirillum seropedicae" strain BR11335 were used as models. The 'cry3A' gene was transferred by conjugation using a suicide plasmid and recombinant strains were selected by their ability to fix nitrogen in semi-solid N-free medium. The presence of the 'cry' gene was detected by Southern-blot using an internal fragment of 1.0 kb as a probe. The production of (delta)-endotoxin by recombinant "H. seropedicae" strain was detected by dot blot while for "G. diazotrophicus" the Western-blot technique was used. In both cases, a specific antibody raised against the "B. thuringiensis" toxin was applied. The (delta)-endotoxin production showed by the "G. diazotrophicus" recombinant strain was dependent on the nitrogen fixing conditions since the 'cry3A' gene was fused to a 'nif' promoter. In the case of "H. seropedicae" the (delta)-endotoxin expression was not affected by the promoter ('rhi') used. These results suggest that endophytic diazotrophic bacteria can be used as vectors to express entomopathogenic genes envisaging control of sugarcane pests