Rhizobium: características, morfologia, habitat e benefícios

Rhizobium é um gênero de bactérias que têm a capacidade de fixar nitrogênio da atmosfera. Em geral, as bactérias com a capacidade de fixar nitrogênio são conhecidas como rizobia. Essas relações entre plantas e microorganismos têm sido estudadas extensivamente.

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

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Fonte: Por Stdout [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Eles estão especificamente associados às suas raízes e fornecem à planta o nitrogênio necessário. Enquanto isso, a planta oferece às bactérias um local de refúgio. Essa estreita relação simbiótica causa a secreção de uma molécula chamada legemoglobina. Essa simbiose produz uma proporção significativa de N 2 na biosfera.

Nessa relação, a bactéria causa a formação de nódulos nas raízes, que diferenciam os chamados “bacteróides”.

A maioria dos estudos realizados nesse gênero bacteriano apenas levou em consideração seu status simbiótico e sua relação com a planta. Por esse motivo, há muito pouca informação relacionada ao estilo de vida individual das bactérias e sua função como componente do microbioma do solo.

Caracteristicas

As bactérias do gênero Rhizobium são conhecidas principalmente por sua capacidade de fixar nitrogênio e estabelecer relações simbióticas com plantas. De fato, é considerado um dos relacionamentos mais dramáticos que existem na natureza.

Eles são heterotróficos, o que indica que eles devem obter sua fonte de energia da matéria orgânica. O rizóbio normalmente cresce em condições aeróbicas e os nódulos se formam a uma temperatura de 25 a 30 ° C e um pH ideal de 6 ou 7.

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

Para lidar com grandes quantidades de oxigênio, existe uma proteína semelhante à hemoglobina que é responsável por seqüestrar o oxigênio que pode interferir no processo.

As relações simbióticas que esses procariontes estabelecem com as leguminosas têm um alto impacto ecológico e econômico; portanto, há uma extensa literatura sobre essa relação específica.

O processo de infecção não é simples, envolve uma série de etapas nas quais a bactéria e a planta se influenciam nas 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 microorganismos e plantas.

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Os rizóbios são encontrados no solo, onde as raízes colonizam e conseguem entrar na planta. Geralmente, a colonização começa nos pêlos radiculares, embora também seja possível a infecção por pequenos leões na epiderme.

Quando a bactéria consegue penetrar no interior da planta, geralmente é mantida por um tempo nos espaços intracelulares da planta. Quando o desenvolvimento dos nódulos prossegue, a rizobia entra no citoplasma dessas estruturas.

Desenvolvimento e tipo de nódulos

O desenvolvimento dos nódulos envolve uma série de eventos síncronos nos dois 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. Eles são caracterizados por terem uma forma cilíndrica e duas zonas distintas.

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

Formação de bacteróides

A diferenciação bacteriana ocorre no nódulo: a forma de fixação do N 2 . Bacteróides, juntamente com membranas vegetais, formam o simbiossoma.

Nestes complexos de micróbios, a planta é responsável por fornecer carbono e energia, enquanto a bactéria produz amônia.

Comparado à bactéria de vida livre, o bacteriodo sofre uma série de alterações no 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 pelas bactérias e usá-lo para a síntese de moléculas essenciais, como os aminoácidos.

A maioria das espécies de Rhizobium é bastante seletiva em termos de número de hospedeiros que podem infectar. Algumas espécies têm apenas um hospedeiro. Por outro lado, um pequeno número de bactérias é caracterizado por ser promíscuo e ter um amplo espectro de potenciais hospedeiros.

Atração entre rizobia e raízes

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

Os flavonóides das raízes induzem genes de nod nas bactérias . Isso leva à produção de oligossacarídeos conhecidos como LCO ou fatores nodais. Os LCOs se ligam aos receptores, formados por motivos de lisina, nos pelos das raízes, iniciando eventos de sinalização.

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Existem outros genes – além do nod – envolvidos no processo de simbiose, como exo, nif e fix.

Leghemoglobina

A legemoglobina é uma molécula de natureza proteica, típica da relação simbiótica entre rizobia e leguminosas. Como o nome indica, é bastante semelhante a uma proteína mais conhecida: hemoglobina.

Como o análogo do sangue, a legemoglobina tem a particularidade de apresentar uma grande afinidade pelo oxigênio. Como o processo de fixação que ocorre nos nódulos é afetado negativamente por altas concentrações de oxigênio, a proteína é responsável por retê-la para manter o sistema funcionando corretamente.

Taxonomia

São conhecidas aproximadamente 30 espécies de Rhizobium , sendo Rhizobium cellulosilyticum e Rhizobium leguminosarum as mais conhecidas . Eles pertencem à família Rhizobiaceae, que também hospeda outros gêneros: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella e Sinorhizobium.

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

Morfologia

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

Difere do restante das bactérias que habitam o solo por apresentar duas formas: a morfologia livre encontrada nos solos e a forma simbiótica no hospedeiro da planta.

Além da morfologia da colônia e da coloração de gram, existem outros métodos pelos quais as bactérias Rhizobium podem ser identificadas , incluindo testes de utilização de nutrientes, como testes de catalase oxidase, e usos de carbono e nitrogênio.

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

Habitat

Em geral, a rizobia pertencente à família Rhizobiaceae apresenta a particularidade de estar associada principalmente a plantas da família Fabaceae.

A família Fabaceae inclui leguminosas – grãos, lentilhas, alfafa, apenas para mencionar algumas espécies conhecidas por seu valor gastronômico. A família pertence às angiospermas , sendo a terceira maior família. Eles são amplamente distribuídos em todo o mundo, variando de regiões tropicais a áreas árticas.

Somente uma espécie de planta não leguminosa é conhecida que estabelece relações simbióticas com Rhizobium: Parasponea, um gênero de plantas da família Cannabáceas.

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 das bactérias, enquanto em outros casos depende da planta.

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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 haja leguminosas e rizobia no solo, a formação de nódulos não é garantida, uma vez que as cepas e espécies de membros da simbiose devem ser compatíveis.

Benefícios e aplicações

A fixação de nitrogênio é um processo biológico crucial. Envolve a captura de nitrogênio na atmosfera, na forma de N 2 e é reduzido a NH 4 + . Assim, o nitrogênio pode entrar e ser usado no ecossistema. O processo é de grande importância em diferentes tipos de ambientes, chamados terrestres, de água doce, marinho ou ártico.

Aparentemente, o nitrogênio é um elemento que limita, na maioria dos casos, o crescimento das culturas e atua como um componente limitante.

Do ponto de vista comercial, a rizobia pode ser usada como potenciadora na agricultura, graças à sua capacidade de fixar nitrogênio. Portanto, existe um comércio relacionado ao processo de inoculação dessas bactérias.

A inoculação do rizóbio tem efeitos muito positivos em termos de crescimento das plantas, peso e número de sementes que produz. Esses benefícios foram comprovados experimentalmente por dezenas de estudos com leguminosas.

Referências

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