Combining molecular evolution and environmental genomics to unravel adaptive processes of MHC class IIB diversity in European minnows (Phoxinus phoxinus)

Host-pathogen interactions are a major evolutionary force promoting local adaptation. Genes of the major histocompatibility complex (MHC) represent unique candidates to investigate evolutionary processes driving local adaptation to parasite communities. The present study aimed at identifying the relative roles of neutral and adaptive processes driving the evolution of MHC class IIB (MHCIIB) genes in natural populations of European minnows (Phoxinus phoxinus). To this end, we isolated and genotyped exon 2 of two MHCIIB gene duplicates (DAB1 and DAB3) and 1665 amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers in nine populations, and characterized local bacterial communities by 16S rDNA barcoding using 454 amplicon sequencing. Both MHCIIB loci exhibited signs of historical balancing selection. Whereas genetic differentiation exceeded that of neutral markers at both loci, the populations' genetic diversities were positively correlated with local pathogen diversities only at DAB3. Overall, our results suggest pathogen-mediated local adaptation in European minnows at both MHCIIB loci. While at DAB1 selection appears to favor different alleles among populations, this is only partially the case in DAB3, which appears to be locally adapted to pathogen communities in terms of genetic diversity. These results provide new insights into the importance of host-pathogen interactions in driving local adaptation in the European minnow, and highlight that the importance of adaptive processes driving MHCIIB gene evolution may differ among duplicates within species, presumably as a consequence of alternative selective regimes or different genomic context.

Assessment of microbial community structure changes by amplified ribosomal DNA restriction analysis (ARDRA)

Amplified ribosomal DNA restriction analysis (ARDRA) is a simple method based on restriction endonuclease digestion of the amplified bacterial 16S rDNA. In this study we have evaluated the suitability of this method to detect differences in activated sludge bacterial communities fed on domestic or industrial wastewater, and subject to different operational conditions. The ability of ARDRA to detect these differences has been tested in modified Ludzack-Ettinger (MLE) configurations. Samples from three activated sludge wastewater treatment plants (WWTPs) with the MLE configuration were collected for both oxic and anoxic reactors, and ARDRA patterns using double enzyme digestions AluI+MspI were obtained. A matrix of Dice similarity coefficients was calculated and used to compare these restriction patterns. Differences in the community structure due to influent characteristics and temperature could be observed, but not between the oxic and anoxic reactors of each of the three MLE configurations. Other possible applications of ARDRA for detecting and monitoring changes in activated sludge systems are also discussed

Biodiversity of rhizobia associated with cowpea cultivars in soils of the lower half of the São Francisco River Valley

The biodiversity of rhizobium in soils of the São Francisco Valley is unknown and can be studied using cowpea as trap plants. The objective of this study was to verify the diversity of diazotrophic bacteria that nodulate cowpea in soils of the lower half of the São Francisco River Valley by morphological and genotypic characterization. Seven soil samples (A1, A2, A3, A4, C1, C2 and MC) were collected to capture bacteria associated to five cowpea cultivars (IPA 206, BRS Pujante, BRS Marataoã, Canapu Roxo, and Sempre Verde), in a 5x7 factorial design with three replications. Thirty days after plant emergence, the nodules were collected and the bacteria isolated and analyzed in relation to their growth characteristics in YMA medium. The 581 isolates were grouped in 49 morphologic groups. Of this total, 62.3 % formed colonies in up to three days, 33.4 % grew from the 6th day on, and 4.3 % began to grow 4 to 5 days after incubation. Regarding the formation of acids and alkalis, 63 % acidified the medium, 12 % made it alkaline and 25 % maintained the medium at neutral pH. The highest diversity was observed in the A3 sample and in isolates associated with the cultivars Canapu Roxo and BRS Pujante. Thirty-eight representative isolates were chosen for the genotypic characterization, clustered in four groups based on the restriction analysis of 16s rDNA. This grouping was strongly correlated with the sampling site; 13 rhizobium isolates had an electrophoretic profile distinct from the standard rhizobium strains used in this study.

Diversidade e capacidade simbiótica de rizóbios isolados de nódulos de Mucuna-Cinza e Mucuna-Anã

As espécies de mucuna são muito utilizadas como adubos verdes, e poucas informações estão disponíveis a respeito dos rizóbios nativos capazes de nodulá-las. O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade e a capacidade simbiótica de isolados bacterianos de nódulos de mucuna-cinza (Mucuna pruriens (L.) DC.) e mucuna-anã (Mucuna deeringiana (Bort.) Merr.). As bactérias foram isoladas de nódulos de mucunas cinza e anã cultivadas em vasos com solos de um sistema de produção agroecológica. Foram isoladas 160 bactérias, sendo 80 de mucuna-anã e 80 de mucuna-cinza, que foram autenticadas e selecionadas para avaliação da capacidade simbiótica. A diversidade dos isolados foi avaliada por meio das características culturais em meio de cultura YMA e da técnica de análise de restrição do produto de PCR do gene 16S rDNA. A inoculação de cinco isolados em mucuna-cinza e dois em mucuna-anã apresentou elevada biomassa da parte aérea. A maioria dos isolados apresentou crescimento rápido e acidificou o meio de cultura. A análise de restrição demonstrou que as bactérias isoladas apresentam baixa similaridade com estirpes de referência, sugerindo a existência de isolados pertencentes a novos grupos, capazes de nodular as mucunas anã e cinza.

Impact of Pseudomonas fluorescens strain CHA0 and a derivative with improved biocontrol activity on the culturable resident bacterial community on cucumber roots

Information on the effects of released wild-type or genetically engineered bacteria on resident bacterial communities is important to assess the potential risks associated with the introduction of these organisms into agroecosystems. The rifampicin-resistant biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0-Rif and its derivative CHA0-Rif/pME3424, which has improved biocontrol activity and enhanced production of the antibiotics 2,4-diacetylphloroglucinol (Phl) and pyoluteorin (Plt), were introduced into soil microcosms and the culturable bacterial community developing on cucumber roots was investigated 10 and 52 days later. The introduction of either of the two strains led to a transiently enhanced metabolic activity of the bacterial community on glucose dimers and polymers as measured with BIOLOG GN plates, but natural succession between the two sampling dates changed the metabolic activity of the bacterial community more than did the inoculants. The introduced strains did not significantly affect the abundance of dominant genotypic groups of culturable bacteria discriminated by restriction analysis of amplified 16S rDNA of 2500 individual isolates. About 30-50% of the resident bacteria were very sensitive to Phl and Plt, but neither the wild-type nor CHA0-Rif/pME3424 changed the proportion of sensitive and resistant bacteria in situ. In microcosms with a synthetic bacterial community, both biocontrol strains reduced the population of a strain of Pseudomonas but did not affect the abundance of four other bacterial strains including two highly antibiotic-sensitive isolates. We conclude that detectable perturbations in the metabolic activity of the resident bacterial community caused by the biocontrol strain CHA0-Rif are (i) transient, (ii) similar for the genetically improved derivative CHA0-Rif/pME3424 and (iii) less pronounced than changes in the community structure during plant growth.

Bactérias diazotróficas em solos sob seringueira

Diversos relatos evidenciam os benefícios de procariotos fixadores de nitrogênio atmosférico no crescimento e na nutrição de muitas espécies vegetais; entretanto, não há, até o momento, nenhum trabalho visando à prospecção desses microrganismos na rizosfera da seringueira (Hevea brasiliensis). Assim, os objetivos deste trabalho foram verificar a ocorrência de bactérias diazotróficas em solos sob plantio de seringueira, assim como em suas raízes, e isolar e caracterizar essas bactérias. Para essa finalidade, coletaram-se amostras de solo e de raízes finas de seringueiras cultivadas no Campus Experimental da Universidade Federal de Lavras (Lavras, MG) para inoculação em meios de cultura semissólidos sem N na forma combinada, de modo a favorecer o crescimento de algumas espécies de bactérias diazotróficas. Foram obtidos 19 isolados nas amostras de solo, e não houve crescimento de bactérias fixadoras de nitrogênio nas culturas com amostras de raízes. A caracterização celular e das colônias desses isolados indicou que 17 deles produzem grande quantidade de exopolissacarídeo elástico, algumas vezes cartilaginoso. Eles são todos Gram-negativos, com formato celular de bastonete, imóveis e com dois glóbulos de poli-β-hidroxibutirato (PBH), um em cada extremidade do bastonete. O sequenciamento do 16S rDNA e sua análise filogenética confirmaram que isolados representativos desse grupo pertencem ao gênero Beijerinckia (B. indica e B. derxii) e que os outros dois isolados Gram-positivos pertencem ao gênero Bacillus. A presença da nitrogenase - a enzima responsável pela fixação biológica do nitrogênio atmosférico (FBN) - foi confirmada por meio da técnica de redução do acetileno. Conclui-se que, no solo sob plantio de seringueira, houve predominância de diazotróficas de vida livre pertencentes ao gênero Beijerinckia (B. indica e B. derxii), não havendo indícios de bactérias endofiticas ou rizosféricas.

Saccamoeba lacustris, sp. nov. (Amoebozoa: Lobosea: Hartmannellidae), a new lobose amoeba, parasitized by the novel chlamydia 'Candidatus Metachlamydia lacustris' (Chlamydiae: Parachlamydiaceae).

An amoeba isolated from an aquatic biotope, identified morphologically as Saccamoeba limax, was found harbouring mutualistic rod-shaped gram-negative bacteria. During their cultivation on agar plates, a coinfection also by lysis-inducing chlamydia-like organisms was found in some subpopulations of that amoeba. .Here we provide a molecular-based identification of both the amoeba host and the two bacterial endosymbionts. Analysis of the 18S rRNA gene revealed that this strain is the sister-group to Glaeseria, for which we proposed the name Saccamoeba lacustris. The rod-shaped endosymbiont was identified as a member of Variovorax paradoxus group (Comamonadaceae, Beta-Proteobacteria). No growth on bacteriological agars was recorded, hence this symbiont might be strictly intracellular. The chlamydia-like parasite was unable to infect Acanthamoeba and other amoebae in coculture, showing high host specificity. Phylogenetic analysis based on the 16S rDNA indicated that it is a new member of the family Parachlamydiaceae (order Chlamydiales), for which we proposed the name 'Candidatus Metachlamydia lacustris'.

Molecular cophylogenetic relationships between European bats and their ectoparasitic mites (Acari, Spinturnicidae).

Cospeciation between host-parasite species is generally thought to result in mirror-image congruent phylogenies. Incongruence can be explained by mechanisms such as host switching, duplication, failure to speciate and sorting events. To investigate the level of association in the host-parasite relationship between Spinturnicid mites and their bat hosts, we constructed the phylogenetic tree of the genus Spinturnix (Acari, Mesostigmata) and compared it to the host phylogeny. We sequenced 938bp of the mitochondrial 16S rDNA and Cytochrome Oxydase subunit I (COI) genes among eleven morphospecies of Spinturnix collected on 20 European Vespertilionid and Rhinolophid bat species. Phylogenetic reconstruction of hosts and parasites showed statistical evidence for cospeciation and suggested that their evolutionary history involved also failure to speciate events and host switches. The latter seem to be mainly promoted by similar roosting habits of the host. As currently understood, host associations of Spinturnicid mites likely results from a complex interaction between the phylogenetic history of the host and the behaviour and the ecology of both parasite and host.

Identification and potential origin of invasive clawed frogs Xenopus (Anura: Pipidae) in Sicily based on mitochondrial and nuclear DNA

African clawed frogs of the widespread polytypic species Xenopus laevis Daudin, 1802 (ranging large parts of sub-Saharan Africa) have been spreading since the 1940s, and have established reproductive populations in Europe, Asia and the Americas, where they can have negative impact as competitors of native amphibians and as disease vectors for chytridomycosis or ranaviruses. Here we use two mitochondrial (cytochrome b, 16S rDNA) and one nuclear (RAG 1: Recombination Associated Gene 1) DNA markers to infer the potential origin of invasive clawed frogs from Sicily that represent the largest invasive population in Europe. Identical mtDNA haplotypes match with those of Xenopus laevis, and Sicilian clawed frogs very probably belong to a lineage from the Cape Region of South Africa, most likely originating from a laboratory stock. Nuclear data support this conclusion. Identical mtDNA sequences (cyt b, 16S) of frogs sampled across their range in Sicily suggest the occurrence of a single source population and a potential bottleneck at their release, but faster evolving multilocus nuclear data (microsatellites, SNPs) on the population genetics would be important in the future to better support this hypothesis

Genetic variability of Brazilian phytoplasma and spiroplasma isolated from maize plants

The objective of this work was to characterize the genetic variability of phytoplasma and Spiroplasma kunkelii isolated from maize plants showing symptoms of stunt collected from different Brazilian geographic regions. A DNA fragment of 500 base pairs (bp) was amplified from the spiralin gene in S. kunkelii and one fragment of 1,200 bp was generated from 16S rDNA gene in phytoplasma. The partial sequences of the spiralin gene showed similarity of 98% among the isolates of S. kunkelii analyzed. These sequences were compared with the sequence of the spiralin gene from other Spiroplasma species deposited in the GenBank, resulting in a similarity varying from 76.9% to 88.1%. The 16S rDNA sequence from the phytoplasma were completely similar within the Brazilian isolates and showed up to 98% of the similarity with sequences already found from other phytoplasmas. A very narrow genetic variability was detected by these gene fragments within phytoplasma and Spiroplasma analyzed. However, other genomic regions with higher polymorphic levels shall be identified in order to better evaluate the genetic diversity within these microorganisms population.

Eficiência simbiótica de estirpes de Bradyrhizobium isoladas de solo do Cerrado em caupi

O objetivo deste trabalho foi avaliar as relações filogenéticas de estirpes de Bradyrhizobium e a contribuição destas estirpes para a fixação biológica de nitrogênio em caupi, em solos do Cerrado. Na avaliação da relação filogenética, o gene 16S rDNA de cada uma das estirpes foi amplificado e seqüenciado, e para a análise da eficiência simbiótica, determinou-se: N total, matéria seca das plantas, massa de nódulos e redução de acetileno, em casa de vegetação, e ocupação nodular, em experimento de campo. A maioria das estirpes estudadas pertence a B. elkanii e, pelo menos dez das estirpes, independentemente da espécie, apresentaram bom desempenho quanto à fixação biológica de N2. As estirpes BR3262, BR3280 (caracterizadas como B. elkanii) e BR3267, BR3287 e BR3288 (Bradyrhizobium sp.) mostram-se como inoculantes potenciais para o caupi, em razão do bom desempenho tanto na eficiência simbiótica quanto na ocupação nodular.

Promoção de crescimento e controle de tombamento de plântulas de pepino por rizobactérias

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de rizobactérias, no crescimento de plântulas de pepino e no controle de tombamento, causado por Pythium aphanidermatum. Foram realizados em laboratório ensaios de: degradação de 1-aminociclopropano-1-carboxilato (ACC); colonização das raízes de plântulas de pepino; e pareamento de culturas. A identificação dos melhores isolados foi feita pela determinação das seqüências do gene 16S rDNA. Trinta e sete isolados, dos 165 testados, aumentaram a massa de matéria seca das plantas de pepino em até 63%. Desses, somente um isolado (N13 - Pseudomonas fluorescens) reduziu o tombamento de plântulas em 25%; 21 isolados inibiram o crescimento micelial de P. aphanidermatum, colonizaram o sistema radicular das plantas de pepino e cresceram em presença de ACC como única fonte de nitrogênio. Dos dez isolados que apresentaram resultados satisfatórios, cinco foram identificados como pertencentes aos gêneros Bacillus, quatro Pseudomonas e um Stenotrophomonas. Dos 165 isolados de rizobactérias testados, sete possuem potencial para promover o crescimento de plantas de pepino e um para controlar o tombamento causado por P. aphanidermatum.

Atividade enzimática e perfil da comunidade bacteriana em solo submetido à solarização e biofumigação

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da solarização e da biofumigação sobre a comunidade microbiana do solo, por meio da atividade da enzima beta-glicosidase e do perfil do 16S rDNA, determinado com PCR-DGGE. A solarização do solo, com cobertura de plástico, foi feita por períodos de dois, quatro e seis meses, e a biofumigação foi realizada pela incorporação de 2 e 5% (v/v) de cama-de-frango ao solo. Logo após a retirada da cobertura de plástico e aos 30 dias após a remoção, a atividade da beta-glicosidase foi menor em relação ao tratamento não solarizado. Aos 60 dias, não foram mais observadas diferenças entre os tratamentos. A adição de cama-de-frango a 5% estimulou a atividade da beta-glicosidase. O perfil da estrutura da comunidade bacteriana foi influenciado pelo tempo de solarização, independentemente da época da retirada da cobertura de plástico. Não foi observado efeito da adição de cama-de-frango ao solo, no perfil da comunidade. A solarização afeta a atividade da beta-glicosidase, mas esses efeitos não são mais detectáveis após 60 dias da retirada da cobertura de plástico, diferentemente do que foi observado em relação à estrutura da comunidade bacteriana por PCR-DGGE. A biofumigação estimula a atividade da beta-glicosidase, mas não afeta o perfil da comunidade microbiana.

Diversidade e potencial biotecnológico da comunidade bacteriana endofítica de sementes de soja

O objetivo deste trabalho foi isolar, caracterizar e identificar a comunidade bacteriana endofítica de sementes de soja e avaliar o seu potencial biotecnológico. Foram utilizadas sementes de 12 cultivares de soja. Os isolados bacterianos endofíticos obtidos foram avaliados in vitro quanto ao antagonismo a fungos fitopatogênicos, síntese de ácido indolacético (AIA) e solubilização de fosfato. A caracterização foi realizada com técnicas de isolamento, análise de restrição do DNA ribossomal amplificado (ARDRA) e sequenciamento parcial do gene 16S rDNA. Os isolados com maior potencial biotecnológico foram inoculados em sementes de soja, para se avaliar a capacidade de promoção de crescimento de plantas. Foi possível identificar 12 ribótipos por meio da ARDRA, que foram classificados como: Acinetobacter, Bacillus, Brevibacterium, Chryseobacterium, Citrobacter, Curtobacterium, Enterobacter, Methylobacterium, Microbacterium, Micromonospora, Pantoea, Paenibacillus, Pseudomonas, Ochrobactrum, Streptomyces e Tsukamurella. Quanto ao potencial biotecnológico da comunidade, 18% dos isolados controlaram o crescimento de fungos fitopatogênicos, 100% produziram AIA, e 39% solubilizaram fosfato. O isolado 67A(57) de Enterobacter sp. aumentou significativamente a massa de matéria seca da raiz. A inoculação de isolados com elevado potencial biotecnológico em avaliações in vitro não promoveu o crescimento de plantas de soja na maioria dos casos.

Diversidade bacteriana da rizosfera de genótipos de milho contrastantes na eficiência de uso de fósforo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade funcional e genética de bactérias associadas à rizosfera de genótipos de milho contrastantes quanto à eficiência de uso de fósforo, por meio do teste de fontes de carbono no sistema EcoPlate e da eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE) dos fragmentos amplificados dos genes 16S ribossomais (rDNA) das bactérias. Foram coletadas amostras de solo da rizosfera de linhagens e híbridos contrastantes quanto à eficiência de uso de fósforo, cultivados em Latossolo Vermelho-Escuro fase cerrado, com baixo e alto teor de P. Bactérias da rizosfera de híbridos e linhagens eficientes, sob estresse de P, analisadas pelo sistema EcoPlate, tenderam a se agrupar conforme a análise de componentes principais, o que indica que utilizaram fontes de carbono semelhantes. Não houve diferença na diversidade bacteriana, analisada pela DGGE, entre bactérias associadas a genótipos eficientes e ineficientes no uso de P. Com base no sequenciamento do 16S rDNA, foi verificado que a rizosfera de genótipos de milho sob estresse de P parece selecionar grupos específicos de bactérias. A estrutura populacional genética e metabólica de bactérias da rizosfera foi mais influenciada pelo teor de fósforo no solo do que pela eficiência das plantas em usar o fósforo.