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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.64.2012.tde-17012013-113847
Document
Author
Full name
Maria Julia de Lima Brossi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2012
Supervisor
Committee
Mui, Tsai Siu (President)
Zucchi, Tiago Domingues
Andreote, Fernando Dini
Lemos, Eliana Gertrudes Macedo
Monteiro, Regina Teresa Rosim
Title in Portuguese
Diversidade de genes catabólicos em solos de "Terra Preta de Índio" da Amazônia sob diferentes coberturas vegetais
Keywords in Portuguese
Diversidade funcional
Genes catabólicos
Terra Preta de Índio
Abstract in Portuguese
"Terra Preta de Índio" (TPI) é um termo utilizado para designar horizontes antrópicos A em solos Amazônicos. Estes solos se destacam pela alta concentração de nutrientes, matéria orgânica e carvão pirogênico. Do ponto de vista microbiológico, a importância destes solos reside no fato de que constituem um habitat de alta diversidade microbiana, sendo também um ambiente propício para a realização de processos de biodegradação, amplamente dependente de enzimas microbianas, como as dioxigenases, que podem utilizar hidrocarbonetos aromáticos como fonte de carbono e energia. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo o estudo da diversidade funcional de genes catabólicos e também de bactérias potencialmente degradadoras de hidrocarbonetos, com base em métodos de isolamento e cultivo, seguidos de abordagens moleculares (sequenciamento e quantificação de genes que codificam para a enzima dioxigenase), além do estudo da influência da incubação desses solos com hidrocarbonetos aromáticos, na diversidade e quantidade de cópias de genes catabólicos. Este trabalho pretende aprimorar a compreensão da relação entre a abundância, riqueza, diversidade e funcionalidade destes genes em bactérias presentes em amostras de solo de TPI, comparativamente à amostras de seus solos originais, também chamados de adjacentes (ADJ) e sob diferentes cultivos (floresta secundária - FS e cultívo agrícola - CULT). Os resultados gerados a partir do isolamento e bioensaio mostraram grande diversidade de gêneros e espécies descritas como degradadores de compostos aromáticos e foi possível observar a predominância de gêneros bacterianos estreitamente relacionados a processos de biodegradação, como por exemplo, Pseudomonas, Burkholderia, Sphingomonas além de representantes dos gêneros Bacillus, Enterobacter, Serratia, entre outros. Com esses resultados foi possível observar diferenças nas comunidades bacterianas quando comparados os diferentes sítios analisados. Alguns gêneros foram exclusivos de cada sítio, o que mostra uma diferença na comunidade bacteriana de acordo com o tipo de solo (TPI e ADJ) e seu uso (FS e CULT), sendo que os solos de TPI apresentaram maior quantidade e número de filotipos potencialmente degradadores do que os sítios ADJ o que demonstra o imenso potencial das bactérias dos solos de TPI para processos de importância biotecnológica. As bibliotecas de clones e o pirosequenciamento do gene catabólico bph mostraram maior diversidade e riqueza de espécies nos sítios de TPI quando comparados com os sítios ADJ. A abundância deste gene determinada por PCR quantitativa mostrou uma maior quantidade de cópias em solos de TPI comparados aos solos ADJ. Os resultados dos microcosmos permitiram observar uma mudança na estrutura da comunidade em relação aos genes de degradação, após a incubação dos solos com compostos aromáticos, além de mostrar um aumento do número de cópias do gene catabólico após a incubação dos solos. De maneira geral este trabalho demonstrou o potencial dos solos de Terra Preta para estudo da diversidade funcional de genes catabólicos e permitiu observar que a diversidade deste gene é mais influênciada pelo tipo de solo (TPI ou ADJ) do que pela cobertura vegetal (floresta secundária ou cultivo agrícola)
Title in English
Catabolic genes diversity in "Amazon Dark Earth" under different land uses
Keywords in English
Amazon Dark Earth
Catabolic genes
Functional diversity
Abstract in English
"Amazon Dark Earths" (ADE) is a term used to describe the anthropic horizons in Amazon soils. These soils are characterized by high concentrations of nutrients, organic matter and black carbon. From the microbiological point of view, the importance of these soils mainly resides in the fact that they constitute a highly diverse microbial habitat, and also an environment for performing various biodegradation processes largely dependent of microbial enzymes, as dioxygenases, that can transform organic compounds in source of carbon and energy. In this context, this study aimed to analyze the functional diversity of bacteria catabolic genes and also analyze potentially hydrocarbons degrader bacteria, based on methods of isolation and culture, followed by molecular approaches (sequencing and quantification of genes encoding the dioxygenase enzyme) additionally to a study of aromatic hydrocarbons incubation of soils and its influence in the diversity and quantity of the catabolic gene. This study aims to understand the relationship between the abundance, richness, diversity and functionality of these genes in ADE soil samples compared to their original soil samples, also called adjacent soils (ADJ), under different land uses (secondary forest - SF and agricultural cultivation - CULT). The results generated from the isolation and bioassay showed wide variety of genera and species described as degrading aromatic compounds and it was possible to observe the predominance of bacterial genera closely related to biodegradation processes, e.g., Pseudomonas, Burkholderia, Sphingomonas and representatives the genera Bacillus, Enterobacter, Serratia, among others. With these results was also observed differences in bacterial communities compared the different sites analyzed. Some genera were unique to each site, which shows a difference in bacterial community according to the soil type (ADE and ADJ) and its use (FS and CULT), and the ADE soils showed a higher amount and number of phylotypes potentially degrading than the ADJ sites which demonstrates the immense potential of ADE soils in bacteria processes with biotechnological importance. The clone libraries and pyrosequencing of catabolic bph gene showed greater diversity and species richness at TPI sites when compared to ADJ sites. The abundance of this gene determined by quantitative PCR showed a greater number of copies of this gene in TPI soils compared to ADJ soils. The results of the microcosms allowed observing changes in the community structure of bph gene after incubation of soil. In this study it was observed a rise in the number of catabolic gene copies after the incubation. Generally this work demonstrated the potential of ADE soils for functional diversity study of catabolic genes and allowed to observe that the diversity of this gene is more influenced by soil type (ADE or ADJ) than by land uses (secondary forest or agricultural cultivation)
 
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Publishing Date
2013-02-26
 
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