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.

The Brazilian Atlantic Forest is one of the 25 biodiversity hot spots in the world. Although the diversity of its fauna and flora has been studied fairly well, little is known of its microbial communities. In this work, we analyzed the Atlantic Forest ecosystem to determine its bacterial biodiversity, using 16S rRNA gene sequencing, and correlated changes in deduced taxonomic profiles with the physicochemical characteristics of the soil. DNAs were purified from soil samples, and the 16S rRNA gene was amplified to construct libraries. Comparison of 754 independent 16S rRNA gene sequences from 10 soil samples collected along a transect in an altitude gradient showed the prevalence of Acidobacteria (63%), followed by Proteobacteria (25.2%), Gemmatimonadetes (1.6%), Actinobacteria (1.2%), Bacteroidetes (1%), Chloroflexi (0.66%), Nitrospira (0.4%), Planctomycetes (0.4%), Firmicutes (0.26%), and OP10 (0.13%). Forty-eight sequences (6.5%) represented unidentified bacteria. The Shannon diversity indices of the samples varied from 4.12 to 3.57, indicating that the soils have a high level of diversity. Statistical analysis showed that the bacterial diversity is influenced by factors such as altitude, Ca(2+)/Mg(2+) ratio, and Al(3+) and phosphorus content, which also affected the diversity within the same lineage. In the samples analyzed, pH had no significant impact on diversity.

Abstract Background Metagenomics, the application of molecular genomics to consortia of non-cultivated microbes, has the potential to have a substantial impact on the search for novel industrial enzymes such as esterases (carboxyl ester hydrolases, EC 3.1.1.1) and lipases (triacylglycerol lipases, EC 3.1.1.3). In the current work, a novel lipase gene was identified from a fosmid metagenomic library constructed with the "prokaryotic-enriched" DNA from a fat-contaminated soil collected from a wastewater treatment plant. Results In preliminary screening on agar containing 1% tributyrin, 2661 of the approximately 500,000 clones in the metagenomic library showed activity. Of these, 127 showed activity on agar containing 1% tricaprylin, while 32 were shown to be true lipase producers through screening on agar containing 1% triolein. The clone with the largest halo was further characterized. Its lipase gene showed 72% identity to a putative lipase of Yersinia enterocolitica subsp. palearctica Y11. The lipase, named LipC12, belongs to family I.1 of bacterial lipases, has a chaperone-independent folding, does not possess disulfide bridges and is calcium ion dependent. It is stable from pH 6 to 11 and has activity from pH 4.5 to 10, with higher activities at alkaline pH values. LipC12 is stable up to 3.7 M NaCl and from 20 to 50°C, with maximum activity at 30°C over a 1 h incubation. The pure enzyme has specific activities of 1722 U/mg and 1767 U/mg against olive oil and pig fat, respectively. Moreover, it is highly stable in organic solvents at 15% and 30% (v/v). Conclusions The combination of the use of a fat-contaminated soil, enrichment of prokaryotic DNA and a three-step screening strategy led to a high number of lipase-producing clones in the metagenomic library. The most notable properties of the new lipase that was isolated and characterized were a high specific activity against long chain triacylglycerols, activity and stability over a wide range of pH values, good thermal stability and stability in water-miscible organic solvents and at high salt concentrations. These characteristics suggest that this lipase has potential to perform well in biocatalytic processes, such as for hydrolysis and synthesis reactions involving long-chain triacylglycerols and fatty acid esters.

The rapid growth of the world's population demands an increase in food production that no longer can be reached by increasing amounts of nitrogenous fertilizers. Plant growth promoting bacteria (PGPB) might be an alternative to increase nitrogenous use efficiency (NUE) in important crops such wheat. Azospirillum brasilense is one of the most promising PGPB and wheat roots colonized by A. brasilense is a good model to investigate the molecular basis of plant-PGPB interaction including improvement in plant-NUE promoted by PGPB.We performed a dual RNA-Seq transcriptional profiling of wheat roots colonized by A. brasilense strain FP2. cDNA libraries from biological replicates of colonized and non-inoculated wheat roots were sequenced and mapped to wheat and A. brasilense reference sequences. The unmapped reads were assembled de novo. Overall, we identified 23,215 wheat expressed ESTs and 702 A. brasilense expressed transcripts. Bacterial colonization caused changes in the expression of 776 wheat ESTs belonging to various functional categories, ranging from transport activity to biological regulation as well as defense mechanism, production of phytohormones and phytochemicals. In addition, genes encoding proteins related to bacterial chemotaxi, biofilm formation and nitrogen fixation were highly expressed in the sub-set of A. brasilense expressed genes.PGPB colonization enhanced the expression of plant genes related to nutrient up-take, nitrogen assimilation, DNA replication and regulation of cell division, which is consistent with a higher proportion of colonized root cells in the S-phase. Our data support the use of PGPB as an alternative to improve nutrient acquisition in important crops such as wheat, enhancing plant productivity and sustainability.

Antimicrobial resistance is an old and silent pandemic. Resistant organisms emerge in parallel with new antibiotics, leading to a major global public health crisis over time. Antibiotic resistance may be due to different mechanisms and against different classes of drugs. These mechanisms are usually found in the same organism, giving rise to multidrug-resistant (MDR) and extensively drug-resistant (XDR) bacteria. One resistance mechanism that is closely associated with the emergence of MDR and XDR bacteria is the efflux of drugs since the same pump can transport different classes of drugs. In Gram-negative bacteria, efflux pumps are present in two configurations: a transmembrane protein anchored in the inner membrane and a complex formed by three proteins. The tripartite complex has a transmembrane protein present in the inner membrane, a periplasmic protein, and a porin associated with the outer membrane. In

Sugarcane is an important agricultural product of Brazil, with a total production of more than 500 million tons. Knowledge of the bacterial community associated with agricultural crops and the soil status is a decisive step towards understanding how microorganisms influence crop productivity. However, most studies aim to isolate endophytic or rhizosphere bacteria associated with the plant by culture-dependent approaches. Culture-independent approaches allow a more comprehensive view of entire bacterial communities in the environment. In the present study, we have used this approach to assess the bacterial community in the rhizosphere soil of sugarcane at different times and under different nitrogen fertilization conditions. At the high taxonomic level, few differences between samples were observed, with the phylum Proteobacteria (29.6%) predominating, followed by Acidobacteria (23.4%), Bacteroidetes (12.1%), Firmicutes (10.2%), and Actinobacteria (5.6%). The exception was the Verrucomicrobia phylum whose prevalence in N-fertilized soils was approximately 0.7% and increased to 5.2% in the non-fertilized soil, suggesting that this group may be an indicator of nitrogen availability in soils. However, at low taxonomic levels a higher diversity was found associated with plants receiving nitrogen fertilizer. Bacillus was the most predominant genus, accounting for 19.7% of all genera observed. Classically reported nitrogen-fixing and/or plant growth-promoting bacterial genera, such as Azospirillum, Rhizobium, Mesorhizobium, Bradyrhizobium, and Burkholderia were also found although at a lower prevalence.

Background Podocarpus lambertii (Podocarpaceae) is a native conifer from the Brazilian Atlantic Forest Biome, which is considered one of the 25 biodiversity hotspots in the world. The advancement of next-generation sequencing technologies has enabled the rapid acquisition of whole chloroplast (cp) genome sequences at low cost. Several studies have proven the potential of cp genomes as tools to understand enigmatic and basal phylogenetic relationships at different taxonomic levels, as well as further probe the structural and functional evolution of plants. In this work, we present the complete cp genome sequence of P. lambertii. Methodology/Principal Findings The P. lambertii cp genome is 133,734 bp in length, and similar to other sequenced cupressophytes, it lacks one of the large inverted repeat regions (IR). It contains 118 unique genes and one duplicated tRNA (trnN-GUU), which occurs as an inverted repeat sequence. The rps16 gene was not found, which was previously reported for the plastid genome of another Podocarpaceae (Nageia nagi) and Araucariaceae (Agathis dammara). Structurally, P. lambertii shows 4 inversions of a large DNA fragment ∼20,000 bp compared to the Podocarpus totara cp genome. These unexpected characteristics may be attributed to geographical distance and different adaptive needs. The P. lambertii cp genome presents a total of 28 tandem repeats and 156 SSRs, with homo- and dipolymers being the most common and tri-, tetra-, penta-, and hexapolymers occurring with less frequency. Conclusion The complete cp genome sequence of P. lambertii revealed significant structural changes, even in species from the same genus. These results reinforce the apparently loss of rps16 gene in Podocarpaceae cp genome. In addition, several SSRs in the P. lambertii cp genome are likely intraspecific polymorphism sites, which may allow highly sensitive phylogeographic and population structure studies, as well as phylogenetic studies of species of this genus.

Background Performing chloroplast DNA (cpDNA) isolation is considered a major challenge among different plant groups, especially conifers. Isolating chloroplasts in conifers by such conventional methods as sucrose gradient and high salt has not been successful. So far, plastid genome sequencing protocols for conifer species have been based mainly on long-range PCR, which is known to be time-consuming and difficult to implement. Methodology/Principal Findings We developed a protocol for cpDNA isolation using three different conifer families: Araucaria angustifolia and Araucaria bidwilli (Araucariaceae), Podocarpus lambertii (Podocarpaceae) and Pinus patula (Pinaceae). The present protocol is based on high salt isolation buffer followed by saline Percoll gradient. Combining these two strategies allowed enhanced chloroplast isolation, along with decreased contamination caused by polysaccharides, polyphenols, proteins, and nuclear DNA in cpDNA. Microscopy images confirmed the presence of intact chloroplasts in high abundance. This method was applied to cpDNA isolation and subsequent sequencing by Illumina MiSeq (2×250 bp), using only 50 ng of cpDNA. Reference-guided chloroplast genome mapping showed that high average coverage was achieved for all evaluated species: 24.63 for A. angustifolia, 135.97 for A. bidwilli, 1196.10 for P. lambertii, and 64.68 for P. patula. Conclusion Results show that this improved protocol is suitable for enhanced quality and yield of chloroplasts and cpDNA isolation from conifers, providing a useful tool for studies that require isolated chloroplasts and/or whole cpDNA sequences.

The fast reduction of prices of DNA sequencing allowed rapid accumulation of genome data. However, the process of obtaining complete genome sequences is still very time consuming and labor demanding. In addition, data produced from various sequencing technologies or alternative assemblies remain underexplored to improve assembly of incomplete genome sequences. We have developed FGAP, a tool for closing gaps of draft genome sequences that takes advantage of different datasets. FGAP uses BLAST to align multiple contigs against a draft genome assembly aiming to find sequences that overlap gaps. The algorithm selects the best sequence to fill and eliminate the gap. FGAP reduced the number of gaps by 78% in an E. coli draft genome assembly using two different sequencing technologies, Illumina and 454. Using PacBio long reads, 98% of gaps were solved. In human chromosome 14 assemblies, FGAP reduced the number of gaps by 35%. All the inserted sequences were validated with a reference genome using QUAST. The source code and a web tool are available at http://www.bioinfo.ufpr.br/fgap/ .

A novel gene coding for a LipA-like lipase with 283 amino acids and a molecular mass of 32 kDa was isolated and characterized from a metagenomic library prepared from mangrove sediment from the south Brazilian coast.LipA was 52% identical to a lipolytic enzyme from an uncultured bacterium and shared only low identities (≤31%) with lipases/esterases from cultivable microorganisms.Phylogenetic analysis showed that LipA, together with an orthologous protein from an uncultured bacterium, forms a unique branch within family I of true lipases, thereby constituting a new lipase subfamily.Activity determination using crude extracts of Escherichia coli bearing the lipA gene revealed that this new enzyme has a preference for esters with short-chain fatty acids (C ≤ 10) and has maximum activity against p-nitrophenyl-caprate (chain length C10, 0.87 U/mg protein).The optimum pH of LipA was 8.0, and the enzyme was active over a temperature range of 20 to 35°C, with optimum activity against pnitrophenyl-butyrate at 35°C and pH 8.0.