A simbiose leguminosa-rizóbio permite que as leguminosas cresçam em solos pobres em nitrogênio e, portanto, na ausência de fertilizantes nitrogenados caros e poluentes. Essa simbiose ocorre dentro de um órgão simbiótico radicular dedicado, chamado nódulo, que é colonizado por bactérias fixadoras de nitrogênio (rizóbios) que convertem o gás dinitrogênio (N2) em amônio (NH4+), uma forma de nitrogênio diretamente utilizável pela planta. A colonização simbiótica de órgãos requer uma sinalização coordenada entre a planta e a bactéria para sincronizar o processo de infecção e o desenvolvimento do nódulo. Além disso, a imunidade das plantas desempenha um papel essential durante as diferentes etapas da interação simbiótica e pode ajudar a controlar a infecção por parceiros ou patógenos indesejáveis e ineficientes (Gourion e outros., 2021).
Na natureza, bactérias incapazes de induzir a formação de nódulos e/ou de fixar nitrogênio podem ser isoladas de nódulos de leguminosas, porém seus papéis são amplamente mal compreendidos. Podem ser bactérias oportunistas que aproveitam um nicho rico em nutrientes ou ter efeitos benéficos nas plantas, melhorando o crescimento das plantas, melhorando a tolerância a metais pesados ou produzindo compostos antimicrobianos para competir com outras bactérias dentro do nódulo (Flores-Duarte e outros., 2022a; 2022b; Hansen e outros.2020).
Com o objetivo de investigar mais profundamente o papel dessas bactérias endofíticas não nodulantes / não fixadoras que residem nos nódulos de leguminosas e com o objetivo de estudar a regulação da imunidade simbiótica, decidimos isolar bactérias endofíticas dos nódulos do Medicago. Para isso, inoculamos plantas com solo de jardim coletado na França em 2016 (Figura 1) e bactérias isoladas do inside dos nódulos. Entre as bactérias isoladas, identificamos uma cepa atípica com interações versáteis com seu hospedeiro Medicago: parasita, pseudo-mutualista e endofítica (Figura 2). O comportamento desta cepa bacteriana foi completamente inesperado e distinto daquele dos nódulos endófitos já conhecidos. A sua originalidade (desconhecida dos especialistas em simbiose de leguminosas) impulsionou-nos a continuar o estudo deste microrganismo (Magne e outros., 2024).
Figura 1. Native onde foi coletado o solo.
Figura 2. T4 pode adotar três tipos diferentes de interação com seu hospedeiro Medicago
Este isolado atípico pertence ao Ensifer adhaerens espécie e representou a quarta cepa isolada de nódulos de plantas Medicago inoculadas com solo. Em francês, “terre” significa “solo” e a cepa foi assim chamada Ensifer adhaerens T4. A cepa T4 pode co-colonizar nódulos funcionais com um rizóbio eficiente (Sinorhizobium médicae) e se comporta como um endófito trapaceiro (Figura 3). Além disso, o T4 pode induzir por si só a formação de nódulos ineficientes (fixos), nos quais são induzidas senescência precoce e reações de defesa.Figura 4). Mais surpreendentemente, a cepa T4 também foi capaz de matar a planta quando inoculada em plântulas em germinação (Figura 5). O resultado da interação, patogênica versus nodulação, depende da idade da planta no momento da infecção. O comportamento patogênico ocorre em plântulas em germinação, mas a inoculação em plântulas com 3 dias de idade ou em plantas mais velhas resulta na nodulação do hospedeiro.
Figura 3. Coinfecção por T4 (sinal verde) e Sinorhizobium medicae (sinal azul) em nódulos de Medicago
Figura 4. Células saudáveis infectadas com nódulos densamente preenchidas com Sinorhizobium medicae (esquerda) e células infectadas com nódulos T4 em degeneração (direita).
Figura 5. Mudas jovens são mortas após a inoculação com T4
Este duplo comportamento de nodulação/patogênico não se restringiu ao Medicago e outras espécies do Inverted Repeat Missing Clade (IRLC) foram hospedeiras do T4.
Descobrimos também que a cepa T4 estava intimamente relacionada com o conhecido E. adhaerens T173 (Bromfield e outros., 2010). Esta cepa foi isolada de outro hospedeiro, o candy trevo (Melilotus albus) no Canadá (Figura 6) e relatamos que T173 também compartilha a característica dupla nodulação/patogênica. Isto sugere que este comportamento atípico pode ser encontrado em outras bactérias e outras leguminosas.
Figura 6. Trevo doce
(https://www.wildflowersprovence.fr/plant/melilotus-albus/)
Notavelmente, as duas cepas T173 e T4 foram particularmente competitivas para nodulação, T4 superou todas as cepas testadas até agora durante ensaios de infecção mista.
Nosso trabalho relata a existência de cepas bacterianas com múltiplos comportamentos com uma única planta hospedeira e, portanto, diversas posições no continuum de interação. Estudos futuros indicarão se estas cepas representam patógenos que sequestraram a sinalização simbiótica para estender seu nicho ecológico aos nódulos de leguminosas e se representam uma ponte evolutiva entre bactérias patogênicas e mutualísticas.
Referências:
Bromfield ESP, Tambong JT, Cloutier S, Prévost D, Laguerre G, van Berkum P, Thi TVT, Assabgui R e Barran LR (2010) Ensifer, Filobactéria e Rizóbio espécies ocupam nódulos de Medicago sativa (alfafa) e Melilotus alba (trevo doce) cultivado em um native canadense sem histórico de cultivo. Microbiologia (Leitura). 156(Pt 2):505-520. faça:10.1099/mic.0.034058-0.
Flores-Duarte NJ, Pérez-Pérez J, Navarro-Torre S, Mateos-Naranjo E, Redondo-Gómez S, Pajuelo E e Rodríguez-Llorente ID (2022a) Nodulação melhorada de Medicago sativa sob estresse assistida por Variovorax sp. Endófitos. Plantas (Basileia). 11(8):1091. doi: 10.3390/plantas11081091.
Flores-Duarte NJ, Caballero-Delgado S, Pajuelo E, Mateos-Naranjo E, Redondo-Gómez S, Navarro-Torre S e Rodríguez-Llorente ID (2022b) Aumento do crescimento de leguminosas e adaptação a solos estuarinos degradados usando Pseudomonas sp. nódulos endófitos. Frente. Microbiol. 13:1005458. doi:10.3389/fmicb.2022.1005458.
Gourion B e Ratet P (2021) Evitar respostas de defesa prejudiciais em interações benéficas planta-micróbio. Curr Opin Biotechnol. 70: 266-272. doi:10.1016/j.copbio.2021.06.008.
Hansen BL, Pessotti RDC, Fischer MS, Collins A, El-Hifnawi L, Liu MD e Traxler MF (2020) Cooperação, competição e metabolismo especializado em um microbioma de nódulo radicular simplificado. mBio 11:10.1128/mbio.01917-20. doi:10.1128/mbio.01917-20.
Magne Ok, Massot S, Folletti T, Sauviac L, Ait-Salem E, Pires I, Saad MM, Eida AA, Bougouffa S, Jugan A, Rolli E, Forquet R, Puech-Pages V, Maillet F, Bernal G, Gibelin C, Hirt H, Gruber V, Peyraud R, Vailleau F, Gourion B e Ratet P (2024) Rizobios atípicos desencadeiam nodulação e patogênese nos mesmos hospedeiros leguminosos. Nat Comun. 15(1):9246. faça:10.1038/s41467-024-53388-x.
