Publicação

Comparative study of seed endophytes from native and invasive Fabaceae plants coexisting in the same habitat

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Uma planta invasora é uma planta que foi introduzida pela ação humana num ecossistema e pode perturbar o ecossistema a vários níveis pois leva à diminuição da biodiversidade e altera o seu funcionamento. A flora nativa portuguesa tem sido ameaçada por plantas exóticas invasoras agressivas durante os últimos dois séculos. Foram detetadas em Portugal mais de 700 espécies de plantas exóticas, correspondendo a 20% da flora existente. Entre estas plantas exóticas, 8% apresentam alta capacidade de invasão. As famílias Fabaceae e Asteraceae incluem as espécies mais problemáticas. Em Portugal, as espécies de Acácias mais problemáticas são a Acacia melanoxylon, A. longifolia e A. dealbata. As zonas de Portugal continental mais afectadas por plantas invasoras são as áreas costeiras litorais, como as dunas da Península de Setúbal, e as áreas de floresta natural envolventes a cursos de água, lagos e albufeiras, como a Serra de Sintra, Existem vários fatores que dão vantagem competitiva às plantas invasoras durante a colonização de novos ecossistemas. Entre estes fatores encontra-se a capacidade de autopolinização e autofecundação bem como a sua tendência a produzir um número elevado de sementes viáveis. Para além destes fatores, uma vez que a germinação das sementes de A. melanoxylon e A. saligna é estimulada pelo fogo, estas tiram partido dos fogos florestais que eliminam os competidores o que permite a sua rápida colonização. Apesar de estarem a perder território para espécies vegetais invasoras em Portugal, as espécies do género Genista, Ulex e Stauracanthus estão também entre os colonizadores iniciais nas áreas que foram fustigadas pelos fogos florestais pois adquiriram mecanismos adaptativos que lhes permitem persistir e regenerar após incêndios. As espécies do género Genista e Ulex são consideradas plantas invasoras em diversas áreas do mundo. Nas últimas décadas, estudos demonstraram que a presença de certos endófitos aumenta a capacidade invasora das plantas, pois ajudam-nas a superar as condições de stress biótico e abiótico existentes nestes novos ecossistemas. O termo endófito foi definido inicialmente como os microrganismos, fungos ou bactérias, que invadem qualquer tecido vegetal vivo de forma assintomática e desenvolvem uma relação comensal ou benéfica com a planta. Atualmente, já foram descritas espécies de endófitos dos grupos Archaea e Protista. Os endófitos bacterianos já descritos pertencem a muitos filos, mas mais comumente fazem parte dos filos Pseudomonadota, Actinomycetota, Bacillota e Bacteroidota (anteriormente designados por Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes e Bacteroidetes respetivamente), enquanto os endófitos fúngicos mais frequentemente detetados pertencem aos géneros Aspergillus, Colletotrichum, Fusarium, Penicillium, Phyllosticta e Alternaria. Os endófitos são recrutados pela planta principalmente a partir do solo e podem penetrar em vários órgãos das plantas, existindo nas sementes. Esses endófitos presentes nas sementes apresentam um papel fulcral na sua germinação e no desenvolvimento inicial da plântula. Os endófitos apresentam efeitos benéficos múltiplos para a planta, pois não só têm uma ação crucial na proteção da planta contra stress biótico e abiótico, mas também desempenham um papel fundamental na captação e biodisponibilização de nutrientes essenciais. Devido à importância das sementes na economia mundial, os estudos sobre endófitos têm focado principalmente em plantas cultivadas. O presente estudo pretende comparar os endófitos existentes nas sementes de plantas silvestres nativas e invasoras de Portugal que compartilham o mesmo habitat. Pretende-se também inferir se a vantagem competitiva observada nas espécies invasoras poderá resultar de uma diferença nos endófitos presentes nas suas sementes ou nas características funcionais deste pool de endófitos. Para este estudo, foram selecionadas duas áreas no centro-oeste de Portugal: Serra de Sintra e Península de Setúbal. Foram recolhidas sementes das espécies nativas Erophaca baetica, Genista triacanthos, Retama monosperma, Stauracanthus genistoides e Ulex jussiaei e das espécies invasoras Acacia melanoxylon e A. saligna. Através de microbiologia clássica foram obtidos 188 isolados no total (120 bactérias e 68 fungos). Para a identificação dos isolados bacterianos e fúngicos foram amplificados por PCR os genes 16S rRNA e os genes ITS, respetivamente. A identificação foi realizada por sequenciação de Sanger, baseada na similaridade das sequências após realização de BLAST no NCBI. Dos 188 isolados iniciais foi possível proceder à identificação através da sequenciação de 150 isolados no total (99 bactérias e 51 fungos). Dos isolados bacterianos, o género Bacillus foi o mais frequentemente encontrado (39 isolados), enquanto no caso dos fungos, foi o género Penicillium (34 isolados). Staphylococcus foi o segundo género bacteriano mais frequentemente isolado, sendo o único presente em todas as espécies de plantas estudadas com exceção da G. triacanthos. Este resultado também está em concordância com outros estudos anteriores, onde várias espécies do género Staphylococcus, que tradicionalmente são caracterizadas como agentes patogénicos em humanos, foram detetados como endófitos o que revela a sua capacidade de colonizar vários ecossistemas. Curiosamente, a maior similaridade a nível das espécies de endófitos foi observada entre as espécies de U. jussiaei e S. genistoides, que apesar de terem sido recolhidas em ecossistemas e áreas geográficas diferentes, ambas pertencem ao mesmo clado filogenético. Esta semelhança das espécies de endófitos isolados foi também detetada, apesar de em menor grau, entre A. saligna e A. melanoxylon. Uma vez que além do ambiente onde a planta se encontra, um dos fatores preponderantes no estabelecimento da relação com um determinado tipo de endófito é a própria planta, este resultado é consistente com outros estudos que revelaram que o pool de endófitos tende a reproduzir a filogenia da sua planta hospedeira. Várias características funcionais já foram atribuídas aos géneros de endófitos isolados no presente estudo. Assim, quase todas as espécies de plantas estudadas conservam nas suas sementes endófitos com funções de biocontrolo, promotoras de crescimento e que promovem a disponibilização de fosfato. Paralelamente, o nosso estudo revelou que as espécies de plantas da Península de Setúbal, também possuem endófitos que conferem resistência à seca e tolerância salina. Ao ser comparado o pool de endófitos das plantas nativas e invasoras testadas, não foram detetadas diferenças significativas entre os dois grupos quer a nível do tipo de endófitos isolados quer na sua biodiversidade. Como estudos anteriores revelaram, a transmissão horizontal de endófitos parece ser a mais frequente, pois as espécies de endófitos com as características funcionais mais benéficas num determinado ecossistema tendem a ser compartilhadas por plantas de diferentes espécies dessa mesma comunidade. Embora os endófitos fúngicos pareçam ser mais específicos em termos de hospedeiro que os bacterianos, o pool de endófitos presentes numa determinada espécie de planta vai depender não apenas da própria planta, mas também do ambiente. Assim, as plantas que crescem em conjunto numa mesma área tendem a compartilhar o mesmo tipo de endófitos pois obtêm-nos do mesmo solo. Por outro lado, plantas da mesma espécie que vivem em ecossistemas diferentes tendem a possuir espécies de endófitos diferentes, pois a pressão seletiva ambiental é diferente em cada um desses ecossistemas. Desta forma, como as zonas de estudo selecionadas já foram invadidas por espécies de acácias há muito tempo, ao se adaptarem a estes novos ecossistemas, estas espécies de acácia estudadas adotaram os mesmos endófitos já presentes nas sementes das espécies nativas, pois estas plantas já estão bem-adaptados ao ecossistema e criaram associações com os endófitos que possuem características funcionais mais benéficas. Tendo em consideração estes fatos, o presente estudo propõe que o sucesso adaptativo invasor das acácias poderá provir não de uma composição única ou da biodiversidade dos endófitos que conservam nas suas sementes independentemente do ecossistema invadido, mas sim, está relacionado com a sua rápida capacidade em alterar o seu pool de endófitos quando entra num novo ecossistema e estabelecer associações com os endófitos cujas funções lhe fornecem mais benefícios neste novo ecossistema. De modo a garantir que na próxima geração os endófitos com funções mais benéficas já estejam disponíveis para a germinação e crescimento da plântula com sucesso, a planta vai incorporar nas suas sementes estes novos endófitos. De modo a reforçar esta hipótese, seria pertinente repetir este estudo em ecossistemas com características semelhantes, mas em zonas onde ainda não ocorreu a invasão por acácias e em zonas onde esta invasão é muito recente.
Autores principais:	Gonçalves, Francisco Miguel de Cabral Figueiredo Rodrigues da Cruz Dantas
Assunto:	Acacia melanoxylon Acacia saligna Endófitos das sementes Bacillus Penicilluum Teses de mestrado - 2023
Ano:	2023
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	Uma planta invasora é uma planta que foi introduzida pela ação humana num ecossistema e pode perturbar o ecossistema a vários níveis pois leva à diminuição da biodiversidade e altera o seu funcionamento. A flora nativa portuguesa tem sido ameaçada por plantas exóticas invasoras agressivas durante os últimos dois séculos. Foram detetadas em Portugal mais de 700 espécies de plantas exóticas, correspondendo a 20% da flora existente. Entre estas plantas exóticas, 8% apresentam alta capacidade de invasão. As famílias Fabaceae e Asteraceae incluem as espécies mais problemáticas. Em Portugal, as espécies de Acácias mais problemáticas são a Acacia melanoxylon, A. longifolia e A. dealbata. As zonas de Portugal continental mais afectadas por plantas invasoras são as áreas costeiras litorais, como as dunas da Península de Setúbal, e as áreas de floresta natural envolventes a cursos de água, lagos e albufeiras, como a Serra de Sintra, Existem vários fatores que dão vantagem competitiva às plantas invasoras durante a colonização de novos ecossistemas. Entre estes fatores encontra-se a capacidade de autopolinização e autofecundação bem como a sua tendência a produzir um número elevado de sementes viáveis. Para além destes fatores, uma vez que a germinação das sementes de A. melanoxylon e A. saligna é estimulada pelo fogo, estas tiram partido dos fogos florestais que eliminam os competidores o que permite a sua rápida colonização. Apesar de estarem a perder território para espécies vegetais invasoras em Portugal, as espécies do género Genista, Ulex e Stauracanthus estão também entre os colonizadores iniciais nas áreas que foram fustigadas pelos fogos florestais pois adquiriram mecanismos adaptativos que lhes permitem persistir e regenerar após incêndios. As espécies do género Genista e Ulex são consideradas plantas invasoras em diversas áreas do mundo. Nas últimas décadas, estudos demonstraram que a presença de certos endófitos aumenta a capacidade invasora das plantas, pois ajudam-nas a superar as condições de stress biótico e abiótico existentes nestes novos ecossistemas. O termo endófito foi definido inicialmente como os microrganismos, fungos ou bactérias, que invadem qualquer tecido vegetal vivo de forma assintomática e desenvolvem uma relação comensal ou benéfica com a planta. Atualmente, já foram descritas espécies de endófitos dos grupos Archaea e Protista. Os endófitos bacterianos já descritos pertencem a muitos filos, mas mais comumente fazem parte dos filos Pseudomonadota, Actinomycetota, Bacillota e Bacteroidota (anteriormente designados por Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes e Bacteroidetes respetivamente), enquanto os endófitos fúngicos mais frequentemente detetados pertencem aos géneros Aspergillus, Colletotrichum, Fusarium, Penicillium, Phyllosticta e Alternaria. Os endófitos são recrutados pela planta principalmente a partir do solo e podem penetrar em vários órgãos das plantas, existindo nas sementes. Esses endófitos presentes nas sementes apresentam um papel fulcral na sua germinação e no desenvolvimento inicial da plântula. Os endófitos apresentam efeitos benéficos múltiplos para a planta, pois não só têm uma ação crucial na proteção da planta contra stress biótico e abiótico, mas também desempenham um papel fundamental na captação e biodisponibilização de nutrientes essenciais. Devido à importância das sementes na economia mundial, os estudos sobre endófitos têm focado principalmente em plantas cultivadas. O presente estudo pretende comparar os endófitos existentes nas sementes de plantas silvestres nativas e invasoras de Portugal que compartilham o mesmo habitat. Pretende-se também inferir se a vantagem competitiva observada nas espécies invasoras poderá resultar de uma diferença nos endófitos presentes nas suas sementes ou nas características funcionais deste pool de endófitos. Para este estudo, foram selecionadas duas áreas no centro-oeste de Portugal: Serra de Sintra e Península de Setúbal. Foram recolhidas sementes das espécies nativas Erophaca baetica, Genista triacanthos, Retama monosperma, Stauracanthus genistoides e Ulex jussiaei e das espécies invasoras Acacia melanoxylon e A. saligna. Através de microbiologia clássica foram obtidos 188 isolados no total (120 bactérias e 68 fungos). Para a identificação dos isolados bacterianos e fúngicos foram amplificados por PCR os genes 16S rRNA e os genes ITS, respetivamente. A identificação foi realizada por sequenciação de Sanger, baseada na similaridade das sequências após realização de BLAST no NCBI. Dos 188 isolados iniciais foi possível proceder à identificação através da sequenciação de 150 isolados no total (99 bactérias e 51 fungos). Dos isolados bacterianos, o género Bacillus foi o mais frequentemente encontrado (39 isolados), enquanto no caso dos fungos, foi o género Penicillium (34 isolados). Staphylococcus foi o segundo género bacteriano mais frequentemente isolado, sendo o único presente em todas as espécies de plantas estudadas com exceção da G. triacanthos. Este resultado também está em concordância com outros estudos anteriores, onde várias espécies do género Staphylococcus, que tradicionalmente são caracterizadas como agentes patogénicos em humanos, foram detetados como endófitos o que revela a sua capacidade de colonizar vários ecossistemas. Curiosamente, a maior similaridade a nível das espécies de endófitos foi observada entre as espécies de U. jussiaei e S. genistoides, que apesar de terem sido recolhidas em ecossistemas e áreas geográficas diferentes, ambas pertencem ao mesmo clado filogenético. Esta semelhança das espécies de endófitos isolados foi também detetada, apesar de em menor grau, entre A. saligna e A. melanoxylon. Uma vez que além do ambiente onde a planta se encontra, um dos fatores preponderantes no estabelecimento da relação com um determinado tipo de endófito é a própria planta, este resultado é consistente com outros estudos que revelaram que o pool de endófitos tende a reproduzir a filogenia da sua planta hospedeira. Várias características funcionais já foram atribuídas aos géneros de endófitos isolados no presente estudo. Assim, quase todas as espécies de plantas estudadas conservam nas suas sementes endófitos com funções de biocontrolo, promotoras de crescimento e que promovem a disponibilização de fosfato. Paralelamente, o nosso estudo revelou que as espécies de plantas da Península de Setúbal, também possuem endófitos que conferem resistência à seca e tolerância salina. Ao ser comparado o pool de endófitos das plantas nativas e invasoras testadas, não foram detetadas diferenças significativas entre os dois grupos quer a nível do tipo de endófitos isolados quer na sua biodiversidade. Como estudos anteriores revelaram, a transmissão horizontal de endófitos parece ser a mais frequente, pois as espécies de endófitos com as características funcionais mais benéficas num determinado ecossistema tendem a ser compartilhadas por plantas de diferentes espécies dessa mesma comunidade. Embora os endófitos fúngicos pareçam ser mais específicos em termos de hospedeiro que os bacterianos, o pool de endófitos presentes numa determinada espécie de planta vai depender não apenas da própria planta, mas também do ambiente. Assim, as plantas que crescem em conjunto numa mesma área tendem a compartilhar o mesmo tipo de endófitos pois obtêm-nos do mesmo solo. Por outro lado, plantas da mesma espécie que vivem em ecossistemas diferentes tendem a possuir espécies de endófitos diferentes, pois a pressão seletiva ambiental é diferente em cada um desses ecossistemas. Desta forma, como as zonas de estudo selecionadas já foram invadidas por espécies de acácias há muito tempo, ao se adaptarem a estes novos ecossistemas, estas espécies de acácia estudadas adotaram os mesmos endófitos já presentes nas sementes das espécies nativas, pois estas plantas já estão bem-adaptados ao ecossistema e criaram associações com os endófitos que possuem características funcionais mais benéficas. Tendo em consideração estes fatos, o presente estudo propõe que o sucesso adaptativo invasor das acácias poderá provir não de uma composição única ou da biodiversidade dos endófitos que conservam nas suas sementes independentemente do ecossistema invadido, mas sim, está relacionado com a sua rápida capacidade em alterar o seu pool de endófitos quando entra num novo ecossistema e estabelecer associações com os endófitos cujas funções lhe fornecem mais benefícios neste novo ecossistema. De modo a garantir que na próxima geração os endófitos com funções mais benéficas já estejam disponíveis para a germinação e crescimento da plântula com sucesso, a planta vai incorporar nas suas sementes estes novos endófitos. De modo a reforçar esta hipótese, seria pertinente repetir este estudo em ecossistemas com características semelhantes, mas em zonas onde ainda não ocorreu a invasão por acácias e em zonas onde esta invasão é muito recente.