Author(s):
Corticeiro, Sofia Caçoilo 
Date: 2012
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/10078
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Biologia; Cádmio; Poluição do solo; Leguminosas
Description
A associação simbiótica de plantas leguminosas com bactérias do género
Rhizobium é o maior e mais eficiente contribuinte de azoto fixado
biologicamente (Somasegaran e Hoben, 1994; Zahran, 1999). No entanto, o
constante aumento da poluição em solos agrícolas, nomeadamente a
contaminação por metais devido à aplicação de fertilizantes e de lamas, está a
tornar-se um problema ambiental cada vez mais preocupante (Alloway, 1995a;
Giller et al., 1998; Permina et al., 2006; Thorsen et al., 2009; Wani et al., 2008),
influenciando de forma negativa a persistência destas bactérias nos solos
agrícolas, assim como a sua eficácia de nodulação (Broos et al., 2005; Wani et
al., 2008;. Zhengwei et al., 2005). Desta forma, o estudo dos mecanismos de
tolerância de Rhizobium a metais tornou-se uma área de investigação de
elevada importância. Com o trabalho apresentado nesta tese pretendeu-se
perceber melhor a tolerância Rhizobium leguminosarum ao cádmio (Cd),
dando particular atenção a um mecanismo de tolerância previamente descrito
em R. leguminosarum (Lima et al., 2006): a complexação intracelular de Cd
pelo tripéptido glutationa (GSH). Assim, o principal objectivo deste trabalho foi
perceber melhor qual a importância deste mecanismo nos níveis de tolerância
de rizóbio ao Cd. Como já tinha sido descrito em trabalhos anteriores (Figueira
et al., 2005; Lima et al., 2006), foi possível verificar que a estirpe mais tolerante
ao metal apresenta níveis mais elevados de Cd e GSH intracelulares.
Demonstrou-se ainda que a tolerância ao Cd está dependente da maior
eficiência no mecanismo de complexação observada na estirpe tolerante, logo
durante as primeiras 12 h de crescimento. Gomes et al. (2002) verificou que a
acumulação de complexos GSH-Cd no citoplasma inibe a entrada de metal na
célula. Como neste trabalho se observou um aumento nos níveis de Cd
intracelular na estirpe tolerante ao longo do tempo, surgiu a hipótese dos
complexos serem excretados para o espaço periplasmático. Os elevados
níveis de GSH e de Cd determinados no espaço periplasmático corroboraram
esta hipótese. Neste trabalho demonstrou-se ainda que a eficácia do
mecanismo de complexação, depende da actividade enzimática de uma
isoforma específica de GST, que apresentou um elevado acréscimo de
actividade na presença do metal. Desta forma, os resultados desta tese
indicam que, a maior tolerância de R. leguminosarum ao Cd, depende da
capacidade das estirpes para induzir a síntese de GSH na presença de Cd e,
simultaneamente aumentar a actividade enzimática da GST específica,
optimizando assim o mecanismo de complexação de Cd intracelular. The symbiotic association of leguminous plants and rhizobia also has a crucial
impact on the nitrogen cycle: estimates are that rhizobial symbioses, with a
number greater than 100 important agronomical legumes, contribute nearly half
to the annual quantity of nitrogen fixed biologically entering soil ecosystems
(Somasegaran and Hoben, 1994; Zahran, 1999). Nevertheless, the permanent
increased of metal pollution in agriculture soils, due to the current use of
fertilizers and industrial and domestic sludge, is becoming one of the most
troublesome environmental problems (Alloway, 1995a; Giller et al., 1998;
Permina et al., 2006; Thorsen et al., 2009; Wani et al., 2008), has a negative
impact in rhizobia persistence in agricultural soils and its ability to form
nitrogen-fixing nodules (Broos et al., 2005; Wani et al., 2008; Zhengwei et al.,
2005). So, the study of the tolerance mechanisms of soil bacteria to metals
arises as a research area with great importance. In this thesis it was intended
to draw attention to the tolerance to Cd of Rhizobium leguminosarum, a specific
soil bacteria that establish symbiotic associations with legumes.
The present study focused on a particular strategy that Rhizobium
leguminosarum possess to tolerate Cd: the intracellular chelation of Cd by the
tripetide GSH. Thus the elucidation of the role of GSH as a metal chelating
agent in bacteria tolerance to Cd was considered to be the main aim of this
work. Higher intracellular Cd and GSH levels were observed in the tolerant
strain as it had already been demonstrated by others authors (Figueira et al.,
2005; Lima et al., 2006). It was also demonstrated that Rhizobium
leguminosarum tolerance to Cd was dependent on the higher efficiency of the
chelation mechanism exhibited by the tolerant strain. This mechanism was
activated at the beginning of the lag phase (12 h of growth). As the
accumulation of GSH-Cd complexes may inhibit intracellular Cd uptake
(Gomes et al., 2002), which was not observed in the tolerant strain, the GSHCd
complexes were suggested to be transported into the periplasmic space.
The results point out this hypothesis as the most viable as high levels of GSH
and Cd were found in the periplasmic space but only a small percentage of
GSH-Cd complexes were quantified. It was also established that the chelation
mechanism occurred in the cytoplasm, and its efficiency appeared to be
dependent on the enzymatic activity of a specific GST isoform. So, the ability of
the tolerant strain to induce GSH synthesis under Cd exposure and,
simultaneously, to increment the activity of a specific GST was point out as the
main reasons behind the differences the tolerance to Cd observed between the
two strains. Doutoramento em Biologia
