Utilização de Burkholderia sp. 89 para o controle biológico de fungos fitopatogênicos e identificação de moléculas de seu metabolismo secundário envolvidas nesse processo

Abstract

O uso de bactérias promotoras de crescimento vegetal ou agentes de biocontrole como inoculantes agrícolas é uma alternativa importante e ecologicamente correta, com grandes benefícios na agricultura para substituir, ou ao menos suplementar, a excessiva utilização de fertilizantes e pesticidas. Neste trabalho avaliamos a capacidade de biocontrole e de competência rizosférica de três bactérias com características de promoção de crescimento vegetal (Plant growth promoting - PGP): Bacillus mycoides B38V, Paenibacillus riograndensis SBR5 e Burkholderia sp. 89. As três bactérias avaliadas apresentaram grande versatilidade na utilização de substratos, o que poderia lhes garantir uma vantagem competitiva no ambiente rizosférico. Porém, inconsistências foram observadas nos ensaios em câmara de crescimento, ou seja, as características de PGP e de biocontrole observadas in vitro não se refletiram em benefícios para a planta. A linhagem 89 destacou-se pela produção de um metabólito estável com ampla atividade contra fungos fitopatogênicos. Através de abordagens genômicas e de análises multilocus, descrevemos Burkholderia sp. 89 como uma nova espécie membro do complexo Burkholderia cepacia, denominada de B. catarinensis 89T. O sequenciamento de seu genoma, seguido de uma análise pela ferramenta AntiSMASH, revelou a presença de um agrupamento gênico de peptídeo sintetases não ribossomais (NRPS) relacionadas com a biossíntese do sideróforo ornibactina e um agrupamento híbrido NRPS-policetídeo sintetase responsável pela biossíntese do glicolipopeptideo cíclico com atividade antifúngica burkholdina. Como estratégia de purificação de metabólitos secundários foi utilizada a metodologia da mineração de genoma combinada com fracionamento guiado por bioensaios seguida de análises em espectrômetro de massas. Desta forma, purificamos com sucesso duas variantes de ornibactina, D e F (761 e 789 Da, respectivamente), e detectamos a variante ornibactina B (m/z= 733) e as moléculas sinalizadoras homoserina lactonas C6-HSL, 3OH-C8-HSL e C8-HSL. Análises de espectrometria de massas demonstraram a presença de um grupo de metabólitos com massas de 1240, 1254, 1268, 1216, 1244 e 1272 Da, que, provavelmente, são novas variantes do antifúngico burkoldina. Sendo assim, B. catarinensis 89T possui potencial biotecnológico com possíveis aplicações farmacêuticas e agronômicas para o biocontrole de fungos fitopatogênicos.

The use of plant growth promotion bacteria or biocontrol agents as agricultural inoculants is an important eco-friendly alternative to substitute, or at least supplement, the excessive use of fertilizers and pesticides. In this work, we evaluated the biocontrol potential and rhizosphere competence of three bacteria that had shown plant growth promotion (PGP) abilities: Bacillus mycoides B38V, Paenibacillus riograndensis SBR5 and Burkholderia sp. 89. All three bacteria presented great versatility in their substrate utilization, which could enable them to survive in a competitive rhizosphere environment. However, inconsistencies were observed in the greenhouse experiments, whereas their interesting abilities observed in vitro did not result in benefits to the plants. Strain 89 produces a stable metabolite with a wide range of antifungal activity. Genomic comparisons and multilocus sequence analysis revealed Burkholderia sp. 89 as a new species of the Burkholderia cepacia complex and we described it as B. catarinensis 89T. We sequenced its genome and analyzed it with the AntiSMASH tool. This in silico prediction revealed the presence of a nonribosomal peptide synthetase (NRPS) cluster, which is related to the production of the siderophore ornibactin. Moreover, a hybrid NRPS- polyketide synthetase cluster for the production of the antifungal cyclic glicolipopeptide burkholdin was also found. A genome mining combined with a bioassay-guided fractionation with further mass spectrometry analysis was applied for the purification of these compounds. This approach enabled us to purify and characterize two variants of the siderophore ornibactin, D and F (761 and 789 Da, respectively). Also, we could detect the variant ornibactin B (m/z= 733) and the quorum sensing molecules homoserine lactones C6-HSL, 3OH-C8-HSL and C8-HSL in the supernatant of B. catarinensis 89T. Mass spectrometry analysis showed the presence of a group of metabolites with the masses 1240, 1254, 1268, 1216, 1244 and 1272 Da, which are probably new variants of the antifungal metabolite burkoldin. Therefore, B. catarinensis 89T has a great biotechnological potential for the production of metabolites with pharmaceutical and agricultural applications for the biocontrol of phytopathogenic fungi.