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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.11.2013.tde-17122013-144639
Document
Auteur
Nom complet
Manuella Nóbrega Dourado Ribeiro
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2013
Directeur
Jury
Azevedo, Ricardo Antunes de (Président)
Verdi, Maria Carolina Quecine
Azevedo, João Lucio de
Martins, Paula Fabiane
Vitorello, Claudia Barros Monteiro
Titre en anglais
Burkholderia sp. cadmium tolerance mechanism and its influence in phytoremediation
Mots-clés en anglais
Heavy metal
Oxidative stress
Plant Growth Promoting Bacteria (PGPB)
Resumé en anglais
Soils have been contaminated with cadmium (Cd) by the use of fertilizers, calcareous, pesticides and industrial and/or domestic effluents. It can be leached to groundwater, as well as be taken up by plants potentially leading to reduce growth and yield. It causes different damages to the cell, generating oxidative stress which is responsible for its toxicity, affecting all living organism. A balance in the redox state of the cell to maintain cellular integrity and metabolism is essential for organism tolerance. Thus, the antioxidant response of bacteria exposed to Cd was studied to understand the tolerance mechanism, and be able to develop a methodology to bioremediate contaminated soils. MDA and hydrogen peroxide contents and different enzymes activity of antioxidant system (SOD, CAT, GR and GST) of two strains from Burkholderia genus, one from a soil contaminated with Cd in high concentrations (strain SCMS54) and the other from soil without Cd (strain SNMS32) in two exposure time (5 and 12 h), were analyzed. Stress measurement (MDA and hydrogen peroxide content) and antioxidant enzyme activities (SOD, CAT, GR and GST) increased in almost all treatments in the presence of Cd. These results also indicate that strain SCMS54 (isolated from Cd contaminated soil) presents a higher metabolic diversity and plasticity due the expression of more isoforms of the enzymes SOD, CAT and GR. The strain also accumulates 50% more Cd. We also analyzed the response to Ni of these two strain, observing a similar response to Cd, except for GST enzyme expression, which in strain SCMS54 this enzyme was induced in the presence of Ni, indicating that this enzyme can be essential on Ni tolerance. After that, the strain isolated from Cd contaminated soil (SCMS54) was selected to proceed the studies to evaluate the benefits of tolerant microorganism-tomato plant interaction. The use of plants to remove heavy metals from contaminated soilhas less impact and a lower cost. Soil microorganisms can be able to solubilize or mobilize soil metals acting also as bioremediator. Besides the high tolerance to Cd, the strain SCMS54 can produce indole-acetic acid (IAA), solubilize inorganic phosphate and produce siderophore, revealing its potential in plantmicroorganism mutual and beneficial interaction. When interacting with tomato plants exposed to Cd, this bacterium led to decrease in plant peroxide concentration and chlorosis levels, promoted relative plant growth and reduced the root absorption of Cd resulting in an increase in plant tolerance to this highly toxic heavy metal. Indicating that inoculation of tomato plants with Burkholderia sp. SCMS54 promotes better growth when cultivated in the presence of Cd by a mechanism that appears to decrease Cd concentration in roots as a result of a bacterial-plant root beneficial interaction.
Titre en portugais
Mecanismos de tolerância ao cádmio em Burkholderia sp. e sua aplicação na fitorremediação
Mots-clés en portugais
Bactéria Promotora do Crescimento de Planta (PGPB)
Estresse oxidativo
Metal pesado
Resumé en portugais
O cádmio (Cd) tem contaminado solos pelo uso de fertilizantes, calcário, agrotóxicos e resíduos industriais e/ou domésticos. Podendo ser lixiviado ao lençol freático ou absorvido pelas plantas,resultando na redução do crescimento e da produtividade. Esse metal afeta todos os organismos vivos e causa diferentes danos às células. A tolerância a esse metal se deve principalmente ao balanço do estado redox da célula para manter a integridade celular e metabolismo.Assim, foram isoladas bactérias de solo contaminado e não contaminado com Cd, selecionando isolados tolerantes a altas concentrações de diferentes metais (Cd, Ni e Zn), em seguida, foi observado a resposta do sistema antioxidante da bactéria na presença do Cd, a fim de auxiliar no desenvolvimento de metodologias para biorremediar solos contaminados. Foi quantificado MDA e peróxido de hidrogênio e a atividade de diferentes enzimas do sistema antioxidante (SOD, CAT, GR e GST) de duas estirpes do gênero Burkholderia tolerantes a todos os metais testados, uma isolada do solo contaminado com altas concentrações de Cd (estirpe SCMS54) e a outra do solo sem Cd (estirpe SNMS32) em dois tempos de exposição (5 e 12 h). Na estirpe SCMS54, as medidas de estresse (peroxidação lipídica e peróxido de hidrogênio) e a atividade das enzimas antioxidantes (SOD, CAT, GR e GST) da maioria dos tratamento com cádmio aumentaram, esta estirpe também expressa mais isoformas de SOD, CAT e GR, além de acumular 50% mais Cd. Esses resultados mostram que a estirpe SCMS54 (isolada do solo contaminado com Cd) apresenta uma maior diversidade metabólica e plasticidade. Foram analisadas também a resposta dessas duas estirpes ao Ni, observando uma resposta semelhante ao Cd, exceto na expressão da enzima GST, que no estirpe SCMS54 foi induzida na presença do Ni, indicando que essa enzima pode ser essencial na tolerância ao Ni. Portanto, a estirpe isoladado solo contaminado com Cd (SCMS54) foi selecionada para prosseguir os estudos e avaliar os benefícios da interação entre microrganismos tolerantes-plantas de tomate na fitorremediação. Essa técnica é usada remover para metais pesados do solo com um menor impacto e baixos custos. Os microrganismos do solo podem solubilizar e mobilizar metais do solo, atuando como biorremediador. Além da alta tolerância ao Cd, a estirpe SCMS54 produz ácido indol acético (AIA), solubiliza fosfato inorgânico e produz sideroforo, mostrando seu potencial na interação benéfica planta-microorganismo. Quando interagindo com as plantas de tomate expostas ao Cd, essa bactéria diminui a concentração de peróxido da planta e a clorose ocasionado pelo Cd,e reduz a absorção de Cd pela raiz resultando em um aumento da tolerância da planta ao metal pesado altamente tóxico. Assim, a inoculação de plantas de tomate com Burkholderia sp. SCMS54 promove crescimento da planta na presença de Cd, desencadeando um mecanismo que diminui a concentração de Cd nas raízes devido a essa interação benéfica bactéria-raiz da planta.
 
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Date de Publication
2014-01-06
 
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