RIZÓBIO: CARACTERÍSTICAS, MORFOLOGIA, HABITAT E BENEFÍCIOS - BIOLOGIA - 2025

Rhizobium é um gênero de bactéria que tem a capacidade de fixar o nitrogênio da atmosfera. Em geral, as bactérias com capacidade de fixar nitrogênio são conhecidas como rizóbios. Essas relações entre plantas e microrganismos foram estudadas extensivamente.

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

Fonte: Por Stdout, via Wikimedia Commons

Eles estão especificamente associados às suas raízes e fornecem à planta o nitrogênio de que ela precisa. A planta, por sua vez, oferece às bactérias um lugar de refúgio. Essa estreita relação simbiótica causa a secreção de uma molécula chamada leghemoglobina. Esta simbiose produz uma proporção significativa de N ₂ na biosfera.

Nessa relação, a bactéria provoca a formação de nódulos nas raízes, que são diferenciados pelos chamados "bacteroides".

A maioria dos estudos realizados nesse gênero bacteriano leva em consideração apenas seu estado simbiótico e sua relação com a planta. Por esse motivo, existem poucas informações relacionadas ao estilo de vida individual da bactéria 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 as plantas. Na verdade, é considerada uma das relações mais dramáticas que existem na natureza.

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

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

Para lidar com as altas quantidades de oxigênio, existe uma proteína semelhante à hemoglobina que é responsável por sequestrar o oxigênio que poderia intervir no processo.

As relações simbióticas que esses procariontes estabelecem com as leguminosas têm um alto impacto ecológico e econômico, razão pela qual há extensa literatura sobre essa relação muito específica.

O processo de infecção não é simples, envolve uma série de etapas em que a bactéria e a planta influenciam mutuamente as 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 microrganismos e plantas.

Os rizóbios são encontrados no solo, onde colonizam as raízes e entram na planta. Geralmente, a colonização começa nos pêlos da raiz, embora a infecção também seja possível por meio de pequenas lisões na epiderme.

Quando a bactéria consegue penetrar no interior da planta, geralmente permanece por algum tempo nos espaços intracelulares da planta. Conforme os nódulos se desenvolvem, os rizóbios entram no citoplasma dessas estruturas.

Desenvolvimento e tipo de nódulos

O desenvolvimento dos nódulos envolve uma série de eventos sincrônicos em ambos os 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. Caracterizam-se por apresentarem forma cilíndrica e duas áreas diferenciadas.

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

Formação de Bacteroide

No nódulo, ocorre a diferenciação em bacteroides: a forma fixadora de N ₂. Bacteroides, junto com as membranas das plantas, formam o simbiossoma.

Nesses complexos micróbio - planta, a planta é responsável por fornecer carbono e energia, enquanto a bactéria produz amônia.

Comparada com as bactérias de vida livre, a bactéria sofre uma série de mudanças em 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 pela bactéria e usá-lo para a síntese de moléculas essenciais, como os aminoácidos.

A maioria das espécies de Rhizobium são bastante seletivas no número de hospedeiros que podem infectar. Algumas espécies possuem apenas um hospedeiro. Em contraste, um pequeno número de bactérias é caracterizado por ser promíscuo e ter um amplo espectro de hospedeiros potenciais.

Atração entre rizóbio e raízes

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

Os flavonóides da raiz induzem genes nodulares em bactérias. Isso leva à produção de oligossacarídeos conhecidos como LCO ou fatores nodais. Os LCOs se ligam a receptores, formados por motivos de lisina, nos fios de cabelo da raiz, iniciando eventos de sinalização.

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

Leghemoglobina

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

Como seu análogo do sangue, a leghemoglobina tem a distinção de ter uma alta afinidade com o oxigênio. Como o processo de ligação que ocorre nos nódulos é adversamente afetado por altas concentrações de oxigênio, a proteína é responsável por retê-lo para manter o sistema funcionando adequadamente.

Taxonomia

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

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

Morfologia

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

Ela difere do resto das bactérias que habitam o solo por apresentar duas formas: a morfologia livre encontrada nos solos e a forma simbiótica dentro de sua planta hospedeira.

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

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

Habitat

Em geral, os rizóbios pertencentes à família Rhizobiaceae apresentam a peculiaridade de estarem associados principalmente a plantas da família Fabaceae.

A família Fabaceae compreende leguminosas - grãos, lentilhas, alfafa, apenas para citar algumas espécies conhecidas por seu valor gastronômico. A família pertence às Angiospermas, sendo a terceira família mais numerosa. Eles são amplamente distribuídos em todo o mundo, desde os trópicos até as áreas árticas.

Apenas uma espécie de planta não leguminosa é conhecida por estabelecer relações simbióticas com Rhizobium: Parasponea, um gênero de plantas da família Cannabaceae.

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 da bactéria, enquanto em outros casos depende da planta.

Por outro lado, em sua forma livre, as bactérias fazem parte da flora natural do solo - até que ocorra o processo de nodulação. Note que embora leguminosas e rizóbios existam no solo, a formação de nódulos não é garantida, uma vez que as linhagens e espécies dos membros da simbiose devem ser compatíveis.

Benefícios e aplicações

A fixação de nitrogênio é um processo biológico crucial. Envolve a captação 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, sejam terrestres, de água doce, marinhos ou árticos.

O nitrogênio parece ser um elemento que limita, na maioria das vezes, o crescimento das lavouras e atua como um componente limitante.

Do ponto de vista comercial, os rizóbios podem ser usados ​​como intensificadores na agricultura, graças à sua capacidade de fixar nitrogênio. Por esse motivo, existe um comércio relacionado ao processo de inoculação dessas bactérias.

A inoculação do rizóbio tem efeitos muito positivos no crescimento da planta, no peso e no número de sementes que produz. Esses benefícios foram comprovados experimentalmente por dezenas de estudos com legumes.

Referências

1. Allen, EK & Allen, ON (1950). Propriedades bioquímicas e simbióticas dos rizóbios. Bacteriological Reviews, 14 (4), 273.
2. Jiao, YS, Liu, YH, Yan, H., Wang, ET, Tian, ​​CF, Chen, WX,… & Chen, WF (2015). Diversidade rizobiana e características de nodulação da leguminosa extremamente promíscua Sophora flavescens. Molecular Plant-Microbe Interactions, 28 (12), 1338-1352.
3. Jordan, DC (1962). Os bacteróides do gênero Rhizobium. Bacteriological reviews, 26 (2 Pt 1-2), 119.
4. Leung, K., Wanjage, FN, & Bottomley, PJ (1994). Características simbióticas de Rhizobium leguminosarum bv. isolados de trifolii que representam tipos cromossômicos que ocupam nódulos maiores e menores de subclover cultivado em campo (Trifolium subterraneum L.). Microbiologia aplicada e ambiental, 60 (2), 427-433.
5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: de saprófitas a endossimbiontes. Nature Reviews Microbiology, 16 (5), 291.
6. Somasegaran, P., & Hoben, HJ (2012). Manual para rizóbio: métodos em tecnologia de leguminosas-rizóbio. Springer Science & Business Media.
7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Mecanismos genéticos e moleculares subjacentes à especificidade simbiótica nas interações leguminosas-rizóbio. Fronteiras na ciência das plantas, 9, 313.