The molecular mechanisms of plant recognition, colonization, and nutrient exchange between diazotrophic endophytes and plants are scarcely known. Herbaspirillum seropedicae is an endophytic bacterium capable of colonizing intercellular spaces of grasses such as rice and sugar cane. The genome of H. seropedicae strain SmR1 was sequenced and annotated by The Paraná State Genome Programme—GENOPAR. The genome is composed of a circular chromosome of 5,513,887 bp and contains a total of 4,804 genes. The genome sequence revealed that H. seropedicae is a highly versatile microorganism with capacity to metabolize a wide range of carbon and nitrogen sources and with possession of four distinct terminal oxidases. The genome contains a multitude of protein secretion systems, including type I, type II, type III, type V, and type VI secretion systems, and type IV pili, suggesting a high potential to interact with host plants. H. seropedicae is able to synthesize indole acetic acid as reflected by the four IAA biosynthetic pathways present. A gene coding for ACC deaminase, which may be involved in modulating the associated plant ethylene-signaling pathway, is also present. Genes for hemagglutinins/hemolysins/adhesins were found and may play a role in plant cell surface adhesion. These features may endow H. seropedicae with the ability to establish an endophytic life-style in a large number of plant species.

Molecular mechanisms of plant recognition and colonization by diazotrophic bacteria are barely understood. Herbaspirillum seropedicae is a Betaproteobacterium capable of colonizing epiphytically and endophytically commercial grasses, to promote plant growth. In this study, we utilized RNA-seq to compare the transcriptional profiles of planktonic and maize root-attached H. seropedicae SmR1 recovered 1 and 3 days after inoculation. The results indicated that nitrogen metabolism was strongly activated in the rhizosphere and polyhydroxybutyrate storage was mobilized in order to assist the survival of H. seropedicae during the early stages of colonization. Epiphytic cells showed altered transcription levels of several genes associated with polysaccharide biosynthesis, peptidoglycan turnover and outer membrane protein biosynthesis, suggesting reorganization of cell wall envelope components. Specific methyl-accepting chemotaxis proteins and two-component systems were differentially expressed between populations over time, suggesting deployment of an extensive bacterial sensory system for adaptation to the plant environment. An insertion mutation inactivating a methyl-accepting chemosensor induced in planktonic bacteria, decreased chemotaxis towards the plant and attachment to roots. In summary, analysis of mutant strains combined with transcript profiling revealed several molecular adaptations that enable H. seropedicae to sense the plant environment, attach to the root surface and survive during the early stages of maize colonization.

Herbaspirillum rubrisubalbicans M1 causes the mottled stripe disease in sugarcane cv. B-4362. Inoculation of this cultivar with Herbaspirillum seropedicae SmR1 does not produce disease symptoms. A comparison of the genomic sequences of these closely related species may permit a better understanding of contrasting phenotype such as endophytic association and pathogenic life style. To achieve this goal, we constructed suppressive subtractive hybridization (SSH) libraries to identify DNA fragments present in one species and absent in the other. In a parallel approach, partial genomic sequence from H. rubrisubalbicans M1 was directly compared in silico with the H. seropedicae SmR1 genome. The genomic differences between the two organisms revealed by SSH suggested that lipopolysaccharide and adhesins are potential molecular factors involved in the different phenotypic behavior. The cluster wss probably involved in cellulose biosynthesis was found in H. rubrisubalbicans M1. Expression of this gene cluster was increased in H. rubrisubalbicans M1 cells attached to the surface of maize root, and knockout of wssD gene led to decrease in maize root surface attachment and endophytic colonization. The production of cellulose could be responsible for the maize attachment pattern of H. rubrisubalbicans M1 that is capable of outcompeting H. seropedicae SmR1.

Herbaspirillum rubrisubalbicans was first identified as a bacterial plant pathogen, causing the mottled stripe disease in sugarcane. H. rubrisubalbicans can also associate with various plants of economic interest in a non pathogenic manner.A 21 kb DNA region of the H. rubrisubalbicans genome contains a cluster of 26 hrp/hrc genes encoding for the type three secretion system (T3SS) proteins. To investigate the contribution of T3SS to the plant-bacterial interaction process we generated mutant strains of H. rubrisubalbicans M1 carrying a Tn5 insertion in both the hrcN and hrpE genes. H. rubrisulbalbicans hrpE and hrcN mutant strains of the T3SS system failed to cause the mottled stripe disease in the sugarcane susceptible variety B-4362. These mutant strains also did not produce lesions on Vigna unguiculata leaves. Oryza sativa and Zea mays colonization experiments showed that mutations in hrpE and hrcN genes reduced the capacity of H. rubrisulbalbicans to colonize these plants, suggesting that hrpE and hrcN genes are involved in the endophytic colonization.Our results indicate that the T3SS of H. rubrisubalbicans is necessary for the development of the mottled stripe disease and endophytic colonization of rice.

Fonsecaea and Cladophialophora are genera of black yeast-like fungi harboring agents of a mutilating implantation disease in humans, along with strictly environmental species. The current hypothesis suggests that those species reside in somewhat adverse microhabitats, and pathogenic siblings share virulence factors enabling survival in mammal tissue after coincidental inoculation driven by pathogenic adaptation. A comparative genomic analysis of environmental and pathogenic siblings of Fonsecaea and Cladophialophora was undertaken, including de novo assembly of F. erecta from plant material. The genome size of Fonsecaea species varied between 33.39 and 35.23 Mb, and the core genomes of those species comprises almost 70% of the genes. Expansions of protein domains such as glyoxalases and peptidases suggested ability for pathogenicity in clinical agents, while the use of nitrogen and degradation of phenolic compounds was enriched in environmental species. The similarity of carbohydrate-active versus protein-degrading enzymes associated with the occurrence of virulence factors suggested a general tolerance to extreme conditions, which might explain the opportunistic tendency of Fonsecaea sibling species. Virulence was tested in the Galleria mellonella model and immunological assays were performed in order to support this hypothesis. Larvae infected by environmental F. erecta had a lower survival. Fungal macrophage murine co-culture showed that F. erecta induced high levels of TNF-α contributing to macrophage activation that could increase the ability to control intracellular fungal growth although hyphal death were not observed, suggesting a higher level of extremotolerance of environmental species.

Herbaspirillum seropedicae is a diazotrophic bacterium which associates endophytically with economically important gramineae. Flavonoids such as naringenin have been shown to have an effect on the interaction between H. seropedicae and its host plants. We used a high-throughput sequencing based method (RNA-Seq) to access the influence of naringenin on the whole transcriptome profile of H. seropedicae. Three hundred and four genes were downregulated and seventy seven were upregulated by naringenin. Data analysis revealed that genes related to bacterial flagella biosynthesis, chemotaxis and biosynthesis of peptidoglycan were repressed by naringenin. Moreover, genes involved in aromatic metabolism and multidrug transport efllux were actived.

Herbaspirillum seropedicae is an environmental β-proteobacterium that is capable of promoting the growth of economically relevant plants through biological nitrogen fixation and phytohormone production. However, strains of H. seropedicae have been isolated from immunocompromised patients and associated with human infections and deaths. In this work, we sequenced the genomes of two clinical strains of H. seropedicae, AU14040 and AU13965, and compared them with the genomes of strains described as having an environmental origin. Both genomes were closed, indicating a single circular chromosome; however, strain AU13965 also carried a plasmid of 42,977 bp, the first described in the genus Herbaspirillum. Genome comparison revealed that the clinical strains lost the gene sets related to biological nitrogen fixation (nif) and the type 3 secretion system (T3SS), which has been described to be essential for interactions with plants. Comparison of the pan-genomes of clinical and environmental strains revealed different sets of accessorial genes. However, antimicrobial resistance genes were found in the same proportion in all analyzed genomes. The clinical strains also acquired new genes and genomic islands that may be related to host interactions. Among the acquired islands was a cluster of genes related to lipopolysaccharide (LPS) biosynthesis. Although highly conserved in environmental strains, the LPS biosynthesis genes in the two clinical strains presented unique and non-orthologous genes within the genus Herbaspirillum. Furthermore, the AU14040 strain cluster contained the neuABC genes, which are responsible for sialic acid (Neu5Ac) biosynthesis, indicating that this bacterium could add it to its lipopolysaccharide. The Neu5Ac-linked LPS could increase the bacterial resilience in the host aiding in the evasion of the immune system. Our findings suggest that the lifestyle transition from environment to opportunist led to the loss and acquisition of specific genes allowing adaptations to colonize and survive in new hosts. It is possible that these substitutions may be the starting point for interactions with new hosts.

In this work, we identified the bacterial microbiota associated with farmed oystersin estuarine regions of four states in the north eastern region of Brazil. During the drought and rainy seasons, for eight months, twenty oysters were sampled seasonally from seven different marine farms. In the laboratory, DNA extraction, amplification, and sequencing of the 16S rRNA gene were performed to establish the taxonomic units. We identified 106 genera of bacteria belonging to 103 families, 70 orders, 39 classes, and 21 phyla. Out of the total, 40 of the genera represented bacteria potentially pathogenic to humans; of these, nine are known to cause foodborne diseases and six are potentially pathogenic to oysters. The most prevalent genera were Mycoplasma, Propionigenium, Psychrilyobacter, and Arcobacter. The results indicate the need for more systematic monitoring of bacteria of the genus Mycoplasma in oyster farming operations in the Brazilian north eastern region. Currently, Mycoplasma is not one of the microorganisms analysed and monitored by order of Brazilian legislation during the oyster production and/or commercialization process, even though this genus was the most prevalent at all sampling points and presents pathogenic potential both for oysters and for consumers.

We report a genomic surveillance of SARS-CoV-2 lineages circulating in Paraná, southern Brazil, from March 2020 to April 2021. Our analysis, based on 333 genomes, revealed that the first variants detected in the state of Paraná in March 2020 were the B.1.1.33 and B.1.1.28 variants. The variants B.1.1.28 and B.1.1.33 were predominant throughout 2020 until the introduction of the variant P.2 in August 2020 and a variant of concern (VOC), Gamma (P.1), in January 2021. The VOC Gamma, a ramification of the B.1.1.28 lineage first detected in Manaus (northern Brazil), has grown rapidly since December 2020 and was thought to be responsible for the deadly second wave of COVID-19 throughout Brazil.The 333 genomic sequences of SARS-CoV-2 from March 2020 to April 2021 were generated as part of the genomic surveillance carried out by Fiocruz in Brazil Genomahcov Fiocruz. SARS-CoV-2 sequencing was performed using representative samples from all geographic areas of Paraná. Phylogenetic analyses were performed using the 333 genomes also included other SARS-CoV-2 genomes from the state of Paraná and other states in Brazil that were deposited in the GISAID. In addition, the time-scaled phylogenetic tree was constructed with up to 3 random sequences of the Gamma variant from each state in Brazil in each month of 2021. In this analysis we also added the sequences identified as the B.1.1.28 lineage of the Amazonas state and and the Gamma-like-II (P.1-like-II) lineage identified in different regions of Brazil.Phylogenetic analyses of the SARS-CoV-2 genomes that were previously classified as the VOC Gamma lineage by WHO/PANGO showed that some genomes from February to April 2021 branched in a monophyletic clade and that these samples grouped together with genomes recently described with the lineage Gamma-like-II. Additionally, a new mutation (E661D) in the spike (S) protein has been identified in nearly 10% of the genomes classified as the VOC Gamma from Paraná in March and April 2021.Finally, we analyzed the correlation between the lineage and the Gamma variant frequency, age group (patients younger or older than 60 years old) and the clinical data of 86 cases from the state of Paraná.Our results provided a reliable picture of the evolution of the SARS-CoV-2 pandemic in the state of Paraná characterized by the dominance of the Gamma strain, as well as a high frequencies of the Gamma-like-II lineage and the S:E661D mutation. Epidemiological and genomic surveillance efforts should be continued to unveil the biological relevance of the novel mutations detected in the VOC Gamma in Paraná.