Rizóbio: características, morfologia, habitat e benefícios - Ciência - 2023

Contente

Rhizobium É um gênero de bactéria que tem a capacidade de fixar o nitrogênio da atmosfera. Em geral, as bactérias com capacidade de fixar nitrogênio são conhecidas como rizóbios. Essas relações entre plantas e microrganismos foram estudadas extensivamente.

Esses procariontes vivem em relações simbióticas com diferentes plantas: leguminosas, como feijão, alfafa, lentilha, soja, entre outras.

Eles estão especificamente associados às suas raízes e fornecem à planta o nitrogênio de que ela precisa. A planta, por sua vez, oferece às bactérias um lugar de refúgio. Essa estreita relação simbiótica causa a secreção de uma molécula chamada leghemoglobina. Esta simbiose produz uma proporção significativa de N₂ na biosfera.

Nessa relação, a bactéria provoca a formação de nódulos nas raízes, que se diferenciam como "bacteroides".

A maioria dos estudos realizados neste gênero bacteriano leva em consideração apenas seu estado simbiótico e sua relação com a planta. Por esse motivo, existem poucas informações relacionadas ao estilo de vida individual da bactéria e sua função como componente do microbioma do solo.

Caracteristicas

Bactérias do gênero Rhizobium Eles são conhecidos principalmente por sua capacidade de fixar nitrogênio e estabelecer relações simbióticas com as plantas. Na verdade, é considerada uma das relações mais dramáticas que existem na natureza.

São heterotróficos, o que indica que devem obter sua fonte de energia da matéria orgânica. Rhizobium cresce normalmente em condições aeróbias e os nódulos se formam a uma temperatura de 25 a 30 ° C e um pH ótimo de 6 ou 7.

No entanto, o processo de fixação de nitrogênio requer baixas concentrações de oxigênio para proteger a nitrogenase (a enzima que catalisa o processo).

Para lidar com as altas quantidades de oxigênio, existe uma proteína semelhante à hemoglobina que é responsável por sequestrar o oxigênio que poderia intervir no processo.

As relações simbióticas que esses procariontes estabelecem com as leguminosas têm um alto impacto ecológico e econômico, razão pela qual há extensa literatura sobre essa relação muito específica.

O processo de infecção não é simples, envolve uma série de etapas em que a bactéria e a planta influenciam mutuamente as atividades de divisão celular, expressão gênica, funções metabólicas e morfogênese.

Processo de infecção

Essas bactérias são excelentes modelos biológicos para entender as interações que ocorrem entre microrganismos e plantas.

Os rizóbios são encontrados no solo, onde colonizam as raízes e entram na planta. Geralmente, a colonização começa nos pelos da raiz, embora uma infecção também seja possível por meio de pequenas lisões na epiderme.

Quando a bactéria consegue penetrar no interior da planta, geralmente permanece por algum tempo nos espaços intracelulares da planta. À medida que os nódulos se desenvolvem, o rizóbio entra no citoplasma dessas estruturas.

Desenvolvimento e tipo de nódulos

O desenvolvimento dos nódulos envolve uma série de eventos sincrônicos em ambos os organismos. Os nódulos são classificados como determinados e indeterminados.

Os primeiros se originam de divisões celulares no córtex interno e têm um meristema apical persistente. Caracterizam-se por apresentarem forma cilíndrica e duas áreas diferenciadas.

Por outro lado, os nódulos determinados resultam de divisões celulares na porção média ou externa do córtex radicular. Nestes casos não há meristema persistente e sua forma é mais esférica. O nódulo maduro pode se desenvolver pelo crescimento celular.

Formação de Bacteroide

A diferenciação em bacteroides ocorre no nódulo: a forma fixadora de N₂. Bacteroides, junto com as membranas das plantas, formam o simbiossoma.

Nesses complexos micróbio - planta, a planta é responsável por fornecer carbono e energia, enquanto a bactéria produz amônia.

Comparada com a bactéria de vida livre, a bactéria sofre uma série de mudanças em seu transcriptoma, em toda a sua estrutura celular e nas atividades metabólicas. Todas essas mudanças ocorrem para se adaptar a um ambiente intracelular, onde seu único objetivo é a fixação de nitrogênio.

A planta pode pegar esse composto de nitrogênio secretado pela bactéria e usá-lo para a síntese de moléculas essenciais, como os aminoácidos.

A maioria das espécies de Rhizobium eles são bastante seletivos em termos do número de hospedeiros que podem infectar. Algumas espécies possuem apenas um hospedeiro. Em contraste, um pequeno número de bactérias é caracterizado por ser promíscuo e ter um amplo espectro de hospedeiros potenciais.

Atração entre rizóbio e raízes

A atração entre as bactérias e as raízes das leguminosas é mediada por agentes químicos exsudados pelas raízes. Quando a bactéria e a raiz estão próximas, uma série de eventos ocorre no nível molecular.

Os flavonóides da raiz induzem genes em bactérias aceno com a cabeça. Isso leva à produção de oligossacarídeos conhecidos como LCO ou fatores nodais. Os LCOs se ligam a receptores, formados por motivos de lisina, nos fios de cabelo da raiz, iniciando eventos de sinalização.

Existem outros genes - além de aceno com a cabeça - envolvidos no processo de simbiose, como exo, nif Y consertar.

Leghemoglobina

A leghemoglobina é uma molécula de proteína típica da relação simbiótica entre rizóbios e leguminosas. Como o próprio nome indica, é bastante semelhante a uma proteína mais conhecida: a hemoglobina.

Assim como seu análogo do sangue, a leghemoglobina tem a peculiaridade de ter alta afinidade com o oxigênio. Como o processo de ligação que ocorre nos nódulos é adversamente afetado por altas concentrações de oxigênio, a proteína é responsável por retê-lo para manter o sistema funcionando adequadamente.

Taxonomia

Aproximadamente 30 espécies de Rhizobium, sendo o mais conhecido Rhizobium cellulosilyticum Y Rhizobium leguminosarum. Estes pertencem à família Rhizobiaceae, que também é lar de outros gêneros: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, Y Sinorhizobium.

A ordem é Rhizobiales, a classe é Alphaproteobacteria, o Phylum Proteobacteria e o reino Bacteria.

Morfologia

Os rizóbios são bactérias que infectam seletivamente as raízes das leguminosas. Eles se caracterizam por serem gram negativos, têm a capacidade de se mover e sua forma lembra a de uma bengala. Suas dimensões variam entre 0,5 e 0,9 mícrons de largura e 1,2 e 3,0 mícrons de comprimento.

Ela difere do resto das bactérias que habitam o solo por apresentar duas formas: a morfologia livre encontrada nos solos e a forma simbiótica dentro de sua planta hospedeira.

Além da morfologia da colônia e da coloração de Gram, existem outros métodos pelos quais as bactérias do gênero podem ser identificadas. RhizobiumIsso inclui testes de utilização de nutrientes, como catalase, oxidase e uso de carbono e nitrogênio.

Da mesma forma, testes moleculares têm sido usados para identificação, como a aplicação de marcadores moleculares.

Habitat

Em geral, os rizóbios pertencentes à família Rhizobiaceae apresentam a peculiaridade de estarem associados principalmente a plantas da família Fabaceae.

A família Fabaceae compreende leguminosas - grãos, lentilhas, alfafa, apenas para citar algumas espécies conhecidas por seu valor gastronômico. A família pertence às Angiospermas, sendo a terceira família mais numerosa. Eles são amplamente distribuídos em todo o mundo, desde os trópicos até as áreas árticas.

Apenas uma única espécie de planta não leguminosa é conhecida por estabelecer relações simbióticas com Rhizobium: Parasponea, um gênero de plantas da família Cannabaceae.

Além disso, o número de associações que podem ser estabelecidas entre o microrganismo e a planta depende de muitos fatores. Às vezes, a associação é restrita pela natureza e espécie da bactéria, enquanto em outros casos depende da planta.

Por outro lado, em sua forma livre, as bactérias fazem parte da flora natural do solo - até que ocorra o processo de nodulação. Observe que embora leguminosas e rizóbios existam no solo, a formação de nódulos não é garantida, uma vez que as linhagens e espécies dos membros da simbiose devem ser compatíveis.

Benefícios e aplicações

A fixação de nitrogênio é um processo biológico crucial. Envolve a absorção de nitrogênio da atmosfera, na forma de N₂ e se reduz a NH₄⁺. Assim, o nitrogênio pode entrar e ser usado no ecossistema. O processo é de grande importância em diferentes tipos de ambientes, seja terrestre, de água doce, marinho ou Ártico.

O nitrogênio parece ser um elemento que limita, na maioria dos casos, o crescimento das lavouras e atua como um componente limitante.

Do ponto de vista comercial, os rizóbios podem ser usados como intensificadores na agricultura, graças à sua capacidade de fixar nitrogênio. Portanto, existe um comércio relacionado ao processo de inoculação dessa bactéria.

A inoculação do rizóbio tem efeitos muito positivos no crescimento da planta, no peso e no número de sementes que produz. Esses benefícios foram comprovados experimentalmente por dezenas de estudos com legumes.

Referências

Allen, E. K., & Allen, O. N. (1950). Propriedades bioquímicas e simbióticas dos rizóbios. Avaliações bacteriológicas, 14(4), 273.
Jiao, Y. S., Liu, Y. H., Yan, H., Wang, E. T., Tian, C. F., Chen, W. X.,… & Chen, W. F. (2015). Diversidade rizobiana e características de nodulação da leguminosa extremamente promíscua Sophora flavescens. Interações moleculares planta-micróbio, 28(12), 1338-1352.
Jordan, D.C. (1962). Os bacteróides do gênero Rhizobium. Avaliações bacteriológicas, 26(2 Pt 1-2), 119.
Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P. J. (1994). Características simbióticas de Rhizobium leguminosarum bv. trifolii isolados que representam tipos cromossômicos que ocupam nódulos maiores e menores de subclover cultivado em campo (Trifolium subterraneum EU.). Microbiologia aplicada e ambiental, 60(2), 427-433.
Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: de saprófitas a endossimbiontes. Nature Reviews Microbiology, 16(5), 291.
Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Manual para rizóbio: métodos na tecnologia de leguminosas-rizóbio. Springer Science & Business Media.
Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Mecanismos genéticos e moleculares subjacentes à especificidade simbiótica nas interações leguminosas-rizóbio. Fronteiras na ciência das plantas, 9, 313.