Ecologia e modo de vida do fitopatógeno diazotrófico Herbaspirillum rubrisubalbicans por meio de genômica comparativa

Abstract

Herbaspirillum rubrisubalbicans é uma bactéria Gram-negativa, pertencente à ordem Burkholderiales, que possui os genes nif presentes de forma conservada em todos os genomas conhecidos o que justifica a caracterização do fenótipo diazotrófico para a espécie. Entretanto, em culturas de sorgo e cana-de-açúcar foi reportado que H. rubrisubalbicans estabelece uma relação fitopatogênica endofítica, caracterizada pelo surgimento de mosqueado clorótico. Assim, H. rubrisubalbicans apresenta fenótipos considerados excludentes. Por isso, propõe-se no presente estudo a caracterização da ecologia e o modo de vida de Herbaspirillum rubrisubalbicans, com ênfase na dualidade diazotrófico versus fitopatogênico por meio de genômica comparativa. Os dados genômicos foram obtidos a partir do RefSeq (NCBI) totalizando um dataset com nove assemblies; destes, quatro estão completos e o restante apresentam-se em drafts. A avaliação da qualidade dos assemblies revelou que a média do tamanho dos genomas foi de 5.777.246,67 pb ± 199.422,0672. Dentre os drafts, o assemblie de H. rubrisubalbicans Os45 é o mais fragmentado do dataset com 144 contigs, N50 de 248.240 pb e L50 de 7 contigs. A anotação dos genes foi realizada com o software Bakta, após o benchmark contra os softwares PROKKA e PGAP, considerando o número de proteínas hipotéticas preditas, CDS, tRNAs e a velocidade do anotador. A qualidade biológica da anotação foi aferida pelo software BUSCO, que demonstrou média de 98,74% de presença de ortólogos completos, com desvio padrão de 0,014, uma clara indicação da qualidade do dataset. A análise de ANI identificou que todos os genomas possuem 95% ou mais de identidade de nucleotídeos e há formação de dois grupos similares entre si. A partir do desenvolvimento do pangenoma da espécie, identificou-se a presença de 7.881 genes, nos quais 3.580 estão presentes no hard core, 2.687 compõem o grupo shell e 1514 são integrantes do grupo cloud; portanto, tem-se uma alta homogeneidade gênica. Foram identificados 1.572 genes benéficos associados a plantas disponíveis no PLaBase e 498 ocorrências de genes presentes em 20 espécies bacterianas reconhecidas como fitopatogênicas através do PHI-base.

Herbaspirillum rubrisubalbicans is a Gram-negative bacterium that belongs to the order Burkholderiales, and harbors nif genes conserved across all known genomes, which justifies the characterization of a diazotrophic phenotype for the species. However, in sorghum and sugarcane cultures, it has been reported that H. rubrisubalbicans establishes an endophytic phytopathogenic relationship, characterized by the appearance of chlorotic streaking. H. rubrisubalbicans presents phenotypes that are considered mutually exclusive. Therefore, this study proposes the characterization of the ecology and lifestyle of Herbaspirillum rubrisubalbicans, with an emphasis on the duality of diazotrophic versus phytopathogenic, through comparative genomics. Genomic data were obtained from RefSeq (NCBI), resulting in a dataset of nine assemblies; of these, four are complete, and the rest are drafts. The assembly quality evaluation revealed that the average genome size was 5.777.246.67 bp ± 199.422.0672. Among the drafts, the assembly of H. rubrisubalbicans Os45 is the most fragmented in the dataset with 144 contigs, an N50 of 248,240 bp, and an L50 of 7 contigs. The gene annotation was performed using the software Bakta, after benchmarking against the software PROKKA and PGAP, considering the number of predicted hypothetical proteins, CDS, tRNAs, and the annotator's speed. The biological quality of the annotation was assessed with the software BUSCO, which showed an average of 98.74% of complete ortholog presence, with a standard deviation of 0.014, a clear indication of the quality of the dataset. The ANI analysis identified that all genomes more than 95% nucleotide identity. From the development of the species pangenome, the presence of 7881 genes was identified, of which 3580 are part of the hard core, 2687 make up the shell group, and 1514 are members of the cloud group; thus, there is a high genetic homogeneity. A total of 1572 plant-associated genes were identified from PLaBase, and 498 occurrences of genes present in 20 bacterial species recognized as phytopathogenic were identified through PHI-base.