Avaliação da mutagenicidade e antimutagenicidade de um biopolímero extraído do microorganismo Agrobacterium radiobacter em camundongos Swiss

A presente pesquisa avaliou a ação mutagênica e antimutagênica de um biopolímero de glucose extraído da Agrobacterium radiobacter (Biopolímero de Agrobacterium radiobacter). O experimento foi realizado com camundongos Swiss machos divididos em oito grupos. O tratamento com o biopolímero foi realizado por gavage em dose única concomitante a uma dose de solução tampão fosfato nos grupos de avaliação da mutagenicidade, ou ao agente indutor de danos no DNA, ciclofosfamida, na concentração de 50 mg/kg (peso corpóreo - p.c.), nos grupos de avaliação da antimutagenicidade. Utilizou-se o teste de micronúcleo em sangue periférico e a coleta de sangue foi realizada 24 e 48 h após a aplicação das substâncias-teste. A análise estatística demonstrou que o biopolímero não possui atividade mutagênica e que é efetivo em prevenir danos no DNA. As porcentagens de redução de danos nos grupos de antimutagenicidade foram de 83,9%, 89,1% e 103,1% em 24 h e 101,24%, 98,14% e 120,64% em 48 h para as doses de 75, 150 e 300mg/kg (p.c.), respectivamente. A alta porcentagem de redução de danos associada à ausência de efeitos mutagênicos indica, além da atividade quimioprotetora, a possibilidade do biopolímero ser um alimento funcional candidato à utilização como co-adjuvante na quimioterapia para prevenir efeitos colaterais.

Anomalous scattering analysis of Agrobacterium radiobacter phosphotriesterase: the prominent role of iron in the heterobinuclear active site

Bacterial phosphotriesterases are binuclear metalloproteins for which the catalytic mechanism has been studied with a variety of techniques, principally using active sites reconstituted in vitro from apoenzymes. Here, atomic absorption spectroscopy and anomalous X-ray scattering have been used to determine the identity of the metals incorporated into the active site in vivo. We have recombinantly expressed the phosphotriesterase from Agrobacterium radiobacter (OpdA) in Escherichia coli grown in medium supplemented with 1 mM CoCl2 and in unsupplemented medium. Anomalous scattering data, collected from a single crystal at the Fe-K, Co-K and Zn-K edges, indicate that iron and cobalt are the primary constituents of the two metal-binding sites in the catalytic centre (alpha and P) in the protein expressed in E. coli grown in supplemented medium. Comparison with OpdA expressed in unsupplemented medium demonstrates that the cobalt present in the supplemented medium replaced zinc at the beta-position of the active site, which results in an increase in the catalytic efficiency of the enzyme. These results suggest an essential role for iron in the catalytic mechanism of bacterial phosphotriesterases, and that these phosphotriesterases are natively heterobinuclear iron-zinc enzymes.

Efeito de bioprotetores em patógenos de sementes e na emergência e rendimento de grãos de milho

Um experimento de laboratório e dois de campo, conduzidos nas localidades de Passo Fundo, RS, e Pato Branco, PR, foram realizados com o objetivo de avaliar os efeitos da microbiolização de sementes sobre os patógenos de sementes e sobre a germinação e rendimento de grãos de milho (Zea mays). Em laboratório, a maioria dos bioprotetores reduziu significativamente o nível de patógenos de sementes. Nos experimentos de campo, no ano de 1997, em Passo Fundo, RS, somente Trichoderma harzianum (T-22) melhorou significativamente a emergência e o rendimento de grãos do milho . Todos os bioprotetores melhoraram significativamente a emergência em Pato Branco (PR). Paenibacillus macerans (144), T. harzianum (T-22), Flavimonas oryzihabitans e Pseudomonas putida biótipo B também proporcionaram aumento significativo no rendimento de grãos em relação à testemunha. O tratamento com T. harzianum proporcionou aumento significativo na emergência de plântulas e no rendimento de grãos de milho. Esse aumento foi de 615 kg/ha acima do rendimento da testemunha, sem tratamento.Em 1998, em Passo Fundo, P. macerans (144), F. oryzihabitans e Agrobacterium radiobacter proporcionaram os melhores aumentos na germinação. Com exceção de F. oryzihabitans e de Bacillus subtilis, todos os bioprotetores proporcionaram aumentos significativos no rendimento de grãos. Em Pato Branco, P. putida biótipo B 63, F. oryzihabitans e Pseudominas putida biótipo A (M 970841) proporcionaram as melhores germinações de sementes de milho. Paenibacilus macerans (144), T. harzianum (T-22), F. oryzihabitans, A. radiobacter e B. subtilis aumentaram significativamente o rendimento de grãos. A microbiolização de sementes apresenta-se como uma alternativa tec nológica para o tratamento de sementes de milho no Brasil.

Characterization of Two Novel Type I Ribosome-Inactivating Proteins from the Storage Roots of the Andean Crop Mirabilis expansa1

Two novel type I ribosome-inactivating proteins (RIPs) were found in the storage roots of Mirabilis expansa, an underutilized Andean root crop. The two RIPs, named ME1 and ME2, were purified to homogeneity by ammonium sulfate precipitation, cation-exchange perfusion chromatography, and C4 reverse-phase chromatography. The two proteins were found to be similar in size (27 and 27.5 kD) by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, and their isoelectric points were determined to be greater than pH 10.0. Amino acid N-terminal sequencing revealed that both ME1 and ME2 had conserved residues characteristic of RIPs. Amino acid composition and western-blot analysis further suggested a structural similarity between ME1 and ME2. ME2 showed high similarity to the Mirabilis jalapa antiviral protein, a type I RIP. Depurination of yeast 26S rRNA by ME1 and ME2 demonstrated their ribosome-inactivating activity. Because these two proteins were isolated from roots, their antimicrobial activity was tested against root-rot microorganisms, among others. ME1 and ME2 were active against several fungi, including Pythium irregulare, Fusarium oxysporum solani, Alternaria solani, Trichoderma reesei, and Trichoderma harzianum, and an additive antifungal effect of ME1 and ME2 was observed. Antibacterial activity of both ME1 and ME2 was observed against Pseudomonas syringae, Agrobacterium tumefaciens, Agrobacterium radiobacter, and others.

Evidence for VirB4-mediated dislocation of membrane-integrated VirB2 pilin during biogenesis of the Agrobacterium VirB/VirD4 type IV secretion system.

Agrobacterium VirB2 pilin is required for assembly of the VirB/VirD4 type IV secretion system (T4SS). The propilin is processed by signal sequence cleavage and covalent linkage of the N and C termini, and the cyclized pilin integrates into the inner membrane (IM) as a pool for assembly of the secretion channel and T pilus. Here, by use of the substituted cysteine accessibility method (SCAM), we defined the VirB2 IM topology and then identified distinct contributions of the T4SS ATPase subunits to the pilin structural organization. Labeling patterns of Cys-substituted pilins exposed to the membrane-impermeative, thiol-reactive reagent 3-(N-maleimidopropionyl)biocytin (MPB) supported a topology model in which two hydrophobic stretches comprise transmembrane domains, an intervening hydrophilic loop (residues 90 to 94) is cytoplasmic, and the hydrophilic N and C termini joined at residues 48 and 121 form a periplasmic loop. Interestingly, the VirB4 ATPase, but not a Walker A nucleoside triphosphate (NTP) binding motif mutant, induced (i) MPB labeling of Cys94, a residue that in the absence of the ATPase is located in the cytoplasmic loop, and (ii) release of pilin from the IM upon osmotic shock. These findings, coupled with evidence for VirB2-VirB4 complex formation by coimmunoprecipitation, support a model in which VirB4 functions as a dislocation motor to extract pilins from the IM during T4SS biogenesis. The VirB11 ATPase functioned together with VirB4 to induce a structural change in the pilin that was detectable by MPB labeling, suggestive of a role for VirB11 as a modulator of VirB4 dislocase activity.

Agrobacterium ParA/MinD-like VirC1 spatially coordinates early conjugative DNA transfer reactions.

Agrobacterium tumefaciens translocates T-DNA through a polar VirB/D4 type IV secretion (T4S) system. VirC1, a factor required for efficient T-DNA transfer, bears a deviant Walker A and other sequence motifs characteristic of ParA and MinD ATPases. Here, we show that VirC1 promotes conjugative T-DNA transfer by stimulating generation of multiple copies per cell of the T-DNA substrate (T-complex) through pairwise interactions with the processing factors VirD2 relaxase, VirC2, and VirD1. VirC1 also associates with the polar membrane and recruits T-complexes to cell poles, the site of VirB/D4 T4S machine assembly. VirC1 Walker A mutations abrogate T-complex generation and polar recruitment, whereas the native protein recruits T-complexes to cell poles independently of other polar processing factors (VirC2, VirD1) or T4S components (VirD4 substrate receptor, VirB channel subunits). We propose that A. tumefaciens has appropriated a progenitor ParA/MinD-like ATPase to promote conjugative DNA transfer by: (i) nucleating relaxosome assembly at oriT-like T-DNA border sequences and (ii) spatially positioning the transfer intermediate at the cell pole to coordinate substrate-T4S channel docking.

A bacterial artificial chromosome library of Lotus japonicus constructed in an Agrobacterium tumefaciens-transformable vector

We constructed a BAC library of the model legume Lotus japonicus with a 6-to 7-fold genome coverage. We used vector PCLD04541, which allows direct plant transformation by BACs. The average insert size is 94 kb. Clones were stable in Escherichia coli and Agrobacterium tumefaciens.

High-frequency linkage of co-expressing T-DNA in transgenic Arabidopsis thaliana transformed by vacuum-infiltration of Agrobacterium tumefaciens

The efficiency of co-expression and linkage of distinct T-DNAs present in separate Agrobacterium tumefaciens was analysed in Arabidopsis thaliana transformed by the vacuum infiltration method. Co-expression was monitored by the synthesis of three bacterial proteins involved in the production of polyhydroxybutyrate (PHB) in the plastids. Out of 80 kanamycin-resistant transgenic plants analysed, 13 plants were co-transformed with the two distinct T-DNAs and produced PHB. Of those, 7 lines had a kanamycin-resistance segregation ratio consistent with the presence of a single functional insert. Genetic linkage between the distinct T-DNAs was demonstrated for all 13 PHB-producing lines, while physical linkage between the distinct T-DNAs was shown for 12 out of 13 lines. T-DNAs were frequently linked in an inverted orientation about the left borders. Transformation of A. thaliana by the co-infiltration of two A. tumefaciens containing distinct T-DNAs is, thus, an efficient approach for the integration and expression of several transgenes at a single locus. This approach will facilitate the creation and study of novel metabolic pathways requiring the expression of numerous transgenes.

Resposta in vitro e suscetibilidade ao Agrobacterium de duas cultivares de Stylosanthes guianensis

As cultivares Bandeirantes e Mineirão de Stylosanthes guianensis (Leguminosae) foram avaliadas quanto à capacidade de formação de brotos adventícios in vitro e quanto à suscetibilidade ao Agrobacterium. Para obter regeneração, foram utilizados vários tipos de explantes, e o meio basal MS foi suplementado com diferentes concentrações de ácido naftalenoacético (NAA) e 6-benzilanimopurina (BAP). Observou-se regeneração de brotos a partir de explantes cotiledonares e hipocotiledonares, nas duas cultivares. O Stylosanthes mostrou-se suscetível ao Agrobacterium selvagem, pois a formação de tumores foi induzida. Expressão transiente do gene uidA foi observada em tecidos infectados de Stylosanthes. Experimentos sobre a ação dos antibióticos cefotaxima e tetraciclina, usados em ensaios de transformação para eliminação do Agrobacterium, mostraram que a cefotaxima (250 µg mL-1) tende a reduzir a regeneração de brotos em explantes da cv. Bandeirantes.

Agrobacterium-mediated genetic transformation of 'Hamlin' sweet orange

The development and optimization of efficient transformation protocols is essential in new citrus breeding programs, not only for rootstock, but also for scion improvement. Transgenic 'Hamlin' sweet orange (Citrus sinensis (L.) Osbeck) plants were obtained by Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of epicotyl segments collected from seedlings germinated in vitro. Factors influencing genetic transformation efficiency were evaluated including seedling incubation conditions, time of inoculation with Agrobacterium and co-culture conditions. Epicotyl segments were adequate explants for transformation, regenerating plants by direct organogenesis. Higher percentage of transformation was obtained with explants collected from seedlings germinated in darkness, transferred to 16 hours photoperiod for 2-3 weeks, and inoculated with Agrobacterium for 15-45 min. The best co-culture condition was the incubation of the explants in darkness, for three days in culture medium supplemented with 100 muM of acetosyringone. Genetic transformation was confirmed by performing beta-glucoronidase (GUS) assays and, subsequently, by PCR amplification for the nptII and GUS genes.

Induction of transgenic hairy roots in soybean genotypes by Agrobacterium rhizogenes‑mediated transformation

The objective of this work was to perform the screening of soybean genotypes as to their ability to respond to the induction of hairy roots by Agrobacterium rhizogenes‑mediated transformation. Four Brazilian soybean cultivars (BRSMG 68 Vencedora, BRS 137, Embrapa 48, and MG/BR 46 Conquista) and two North American ones adapted to Brazilian cropping conditions (Bragg and IAS‑5) were screened for their capacity to respond to A. rhizogenes in protocols for in vitro hairy root culture and ex vitro composite plant production. Four‑day‑old seedlings with uniform size were injected with A. rhizogenes harboring the plasmid p35S‑GFP. Seedlings expressing green fluorescent protein (GFP) in at least one hairy root were used to determine the transformation frequency. Using an axenic in vitro protocol, excised cotyledons from four‑day‑old seedlings were infected with A. rhizogenes harboring the pCAMBIA1301 plasmid, containing the gusA reporter gene. The transformation frequency and the number of days for hairy root emergence after bacterial infection (DAI) were evaluated. The transformation frequency and DAI varied according to the genotype. Cultivars MG/BR 46 Conquista and BRSMG 68 Vencedora are more susceptible to A. rhizogenes and can be recommended for transformation experiments.

Biologia molecular do processo de infecção por Agrobacterium spp.

Agrobacterium tumefaciens é o agente causal da galha-da-coroa, doença que afeta a maioria das plantas dicotiledôneas e caracteriza-se pelo crescimento de tumores na junção entre o caule e a raiz (coroa). A formação desses tumores é o resultado de um processo natural de transferência de genes de Agrobacterium spp. para o genoma da planta infetada. Esses genes estão contidos em um plasmídio de alto peso molecular (120 a 250 kb), denominado Ti ("tumor inducing"), presente em todas as linhagens patogênicas de Agrobacterium spp. Duas regiões do plasmídio Ti estão diretamente envolvidas na indução do tumor: a região-T, que corresponde ao segmento de DNA transferido para a célula vegetal, e a região de virulência (região vir), que contém genes envolvidos na síntese de proteínas responsáveis pelo processo de transferência da região-T. Esta região, uma vez transferida e integrada no genoma da célula vegetal, passa a ser denominada de T-DNA ("transferred DNA"). Os genes presentes no T-DNA codificam enzimas envolvidas na via de biossíntese de reguladores de crescimento, auxinas e citocininas. A síntese desses reguladores pelas células transformadas causa um desbalanço hormonal, levando à formação do tumor no local da infecção. Outro grupo de genes presentes no T-DNA codifica enzimas responsáveis pela síntese de opinas, que são catabolisadas especificamente pela bactéria colonizadora, como fonte de nutrientes. O conhecimento preliminar das bases moleculares envolvidas no processo de infecção de uma planta hospedeira por Agrobacterium spp., permitiu a utilização desta bactéria como vetor natural de transformação genética de plantas.

Tumorogênese em plantas causadas por espécies de Agrobacterium

Tumores - sintomas hiperplásicos em plantas - incitados por espécies de Agrobacterium sp. sempre exerceram fascínio sobre fitopatologistas desde o início do Século XX, quando Erwin Smith e colaboradores demonstraram serem eles de etiologia bacteriana. No início, imaginava-se que os tumores eram decorrentes de alterações hormonais na planta provocadas pela bactéria. Contudo, até recentemente, a microbiologia e a biologia molecular não eram suficientemente avançadas para que os cientistas pudessem compreender e deduzir a forma através da qual o patógeno incitava os tumores. Demorou quase um século para que se deslindassem os complexos mecanismos bioquímicos, genéticos e fi­siológicos através dos quais o patógeno transforma a planta, inserindo no genoma desta uma região de seu megaplasmídeo de modo a criar para si mesmo um nicho ecológico espe­cífico. Neste trabalho é apresentada uma súmula histórica da evolução do conhecimento a respeito, das características genômicas do plasmídeo Ti, dos eventos e requerimentos ati­nentes ao processo infectivo bem como é discutida a dinâmica da transformação da planta pelo patógeno.

Agrobacterium tumefasciens-mediated transformation of the aquatic fungus Blastocladiella emersonii

Agrobacterium tumefaciens is widely used for plant DNA transformation and more recently, has also been used to transform yeast, filamentous fungi and even human cells. Using this technique, we developed the first transformation protocol for the saprobic aquatic fungus Blastocladiella emersonii, a Blastocladiomycete localized at the base of fungal phylogenetic tree, which has been shown as a promising and interesting model of study of cellular function and differentiation. We constructed binary T-DNA vectors containing hygromycin phosphotransferase (hph) or enhanced green fluorescent protein (egfp) genes, under the control of Aspergillus nidulans trpC promoter and terminator sequences. 24 h of co-cultivation in induction medium (IM) agar plates, followed by transfer to PYG-agar plates containing cefotaxim to kill Agrobacterium tumefsciens and hygromycin to select transformants, resulted in growth and sporulation of resistant transformants. Genomic DNA from the pool o resistant zoospores were shown to contain T-DNA insertion as evidenced by PCR amplification of hph gene. Using a similar protocol we could also evidence the expression of enhanced green fluorescent protein (EGFP) in zoospores derived from transformed cells. This protocol can also open new perspectives for other non-transformable closely related fungi, like the Chytridiomycete class. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Transformação genética de embriões somáticos de soja [Glycine max (L.) Merr.] utilizando o bombardeamento e sistema Agrobacterium de maneira integrada

O objetivo do presente trabalho foi otimizar o sistema de transformação genética de embriões somáticos de soja [Glycine max (L.) Merr.] utilizando a biolística e o sistema Agrobacterium de maneira integrada. Os antibióticos, adicionados ao meio de cultura para supressão da bactéria após a transferência do transgene, foram o alvo do estudo. Inicialmente, comparou-se o efeito de diferentes tratamentos com antibióticos sobre o tecido embriogênico de soja e sua eficiência na supressão da linhagem LBA4404 de Agrobacterium tumefaciens durante o processo de transformação. A carbenicilina (500 mg/l) apresentou efeitos diferentes sobre o tecido vegetal das duas cultivares testadas. Os tecidos embriogênicos da cv. IAS5 não apresentaram diferenças significativas em relação ao controle, enquanto que a proliferação dos embriões somáticos da cv. Bragg foi três vezes maior com a adição deste antibiótico ao meio de cultura. Contudo, a presença da carbenicilina nas duas concentrações testadas (500 e 1000 mg/l) não foi eficiente para supressão de Agrobacterium. Por outro lado, nos tratamentos com cefotaxima sozinha (350 e 500 mg/l), ou cefotaxima (250 mg/l) + vancomicina (250 mg/l) esta bactéria foi completamente suprimida da superfície dos embriões somáticos após 49 dias de tratamento. No entanto, enquanto a presença de cefotaxima, em qualquer concentração, foi prejudicial à sobrevivência do tecido embriogênico, a combinação de cefotaxima + vancomicina não afetou significativamente os embriões somáticos de soja até os 63 dias de tratamento. Portanto, os resultados indicam que o tratamento com cefotaxima + vancomicina por um período de 49 - 63 dias é o mais adequado para a transformação genética de soja, por suprimir Agrobacterium e apresentar mínimos efeitos sobre o tecido embriogênico. Por fim, conjuntos de embriões somáticos de soja foram transformados e tratados com a combinação recomendada de antibióticos para avaliação da eficiência do método na obtenção de transformantes estáveis. Foram obtidos 48 e 232 clones higromicina-resistentes para Bragg e IAS5, respectivamente. Para cv. Bragg, 26 plantas foram obtidas de um único clone, enquanto 580 plantas foram regeneradas de 105 clones da cv. IAS5. As plantas transgênicas eram férteis e morfologicamente normais. A presença do transgene no genoma destas plantas foi confirmada por análises moleculares. Portanto, a adequação dos antibióticos permitiu o desenvolvimento de um método de transformação altamente eficiente para soja. Os resultados do presente trabalho constituem o primeiro registro (1) do efeito de antibióticos sobre tecidos de soja ou de leguminosas e (2) de obtenção de transformantes estáveis de soja utilizando a biolística e o sistema Agrobacterium de maneira integrada.