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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2019.tde-22012019-175701
Document
Author
Full name
Everthon Fernandes Figueredo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Verdi, Maria Carolina Quecine (President)
Batista, Bruna Durante
Camargo, Luis Eduardo Aranha
Romão-Dumaresq, Aline Silva
Title in Portuguese
Nocaute do gene ipdC no Bacillus sp. (RZ2MS9) com a técnica de CRISPRCas9 e influência sobre a biossíntese do AIA dependente do L-triptofano
Keywords in Portuguese
Auxinas
IPyA
Nocaute gênico
RPCP
Abstract in Portuguese
Dentre os mecanismos relacionados à interação bactéria-planta, a biossíntese bacteriana de ácido indol acético (AIA) exerce um papel fundamental na promoção do crescimento vegetal, uma vez que é capaz de influenciar inúmeros processos fisiológicos nas plantas. Diferentes vias metabólicas são utilizadas pelas bactérias para a biossíntese do AIA, sendo a via do ácido indol-3-pirúvico (IPyA) a mais comumente descrita. Nesta via encontra-se o gene indol-3-piruvato descarboxilase (ipdC) com vital função na produção de AIA utilizando como precursor o aminoácido L-triptofano. Nesse contexto, estudos moleculares acerca das vias metabólicas e dos genes envolvidos nesse processo são preponderantes para o entendimento da inter-relação das vias regulatórias com a síntese do fitormônio. A rizobactéria Bacillus sp. (RZ2MS9) vem apresentando satisfatória atividade na promoção de crescimento vegetal. O sequenciamento do seu genoma apontou a presença de uma vasta gama de genes relacionados à promoção do crescimento, com destaque para genes codificadores de auxinas. Assim, o estudo teve por objetivo comprovar a função do gene ipdC na biossíntese do AIA pela via dpendente do L-triptofano através do nocaute sítio dirigido do gene ipdC na Rizobactéria Promotora do Crescimento em Plantas (RPCP) Bacillus sp. (RZ2MS9). Para tanto, foi realizado o nocaute sítio dirigido por meio da técnica de CRISPR-Cas9. O nocaute do gene ipdC foi eficiente, gerando mutantes disruptivos para o referido gene. A biossíntese do AIA pela linhagem ΔipdC apresentou reduções nas concentrações do fitormônio, de acordo com o tempo de crescimento, sendo 87,96% em 24 horas, 88,25% em 48 horas e 58,27% em 72 horas do crescimento em comparação à linhagem selvagem (WT). Além disso, a biossíntese do AIA na ausência do aminoácido L-triptofano também foi avaliada, não sendo constatada síntese do fitormônio em nenhum dos tempos crescimento, tanto na linhagem selvagem, quanto na linhagem ΔipdC. O presente estudo foi pioneiro no nocaute do gene ipdC em uma linhagem de Bacillus utilizando a técnica de CRISPR-Cas9. Os resultados obtidos contribuem para um melhor entendimento da influência do gene ipdC e da via IPyA na biossíntese do AIA pela linhagem RZ2MS9 e futuramente sera comprovado seu papel na promoção de crescimento vegetal.
Title in English
Knockout of the ipdC gene in Bacillus sp. (RZ2MS9) with a CRISPR-Cas9 and influence on the IAA biosynthesis L-tryptophan dependent
Keywords in English
Auxin
Gene knockout
IPyA
PGPR
Abstract in English
Among the mechanisms related to the bacterium-plant interaction, the bacterial biosynthesis of indole acetic acid (AIA) plays a fundamental role in the promotion of plant growth, since it is capable of influencing innumerable physiological processes in plants. Different metabolic pathways are used by bacteria for the biosynthesis of IAA, with the indole-3-pyruvic acid (IPyA) pathway being the most commonly described. In this pathway, the indole-3-pyruvate decarboxylase (ipdC) gene has a vital role in the production of IAA using the amino acid L-tryptophan as a precursor. In this context, molecular studies about the metabolic pathways and the genes involved in this process are preponderant for the understanding of the interrelationship of the regulatory pathways with the phytormonium synthesis. The rhizobacterium Bacillus sp. (RZ2MS9) has been showing satisfactory activity in promoting plant growth. The sequencing of its genome pointed to the presence of a wide range of genes related to growth promotion, especially genes encoding auxins. Thus, the objective of the present study was to verify the function of the ipdC gene in the IAA biosynthesis L-tryptophan dependent through the knockout of the ipdC in the plant growth-promoting rhizobateria (PGPR) Bacillus sp. (RZ2MS9). Therefore, the knockout was realized using the CRISPR-Cas9. The knockout of the ipdC gene was efficient, generating disruptive mutants for the said gene. IAA biosynthesis by the ΔipdC strain showed reductions in phytormonium concentrations, according to the growth time, being 87.96% in 24 hours, 88.25% in 48 hours and 58.27% in 72 hours of growth compared to the Wild Type (WT). In addition, the biosynthesis of IAA in the absence of the amino acid L-tryptophan was also evaluated, with no phytormonium synthesis being observed at any growth time, both in the wild type and ΔipdC strain. The present study pioneered the knockout of the ipdC gene in a Bacillus strain using the CRISPR-Cas9. The results obtained contribute to a better understanding of the influence of the ipdC gene and the IPyA pathway in the IAA biosynthesis through the RZ2MS9 strain, and its role in plant growth promoting will be demonstrated in the future.
 
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Publishing Date
2019-03-08
 
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