The role of Serratomolides produced by bacteria of genus Serratia in nematicidal activity

Abstract

Bursaphelencus xylophilus, também conhecido como Nematode da Madeira do Pinheiro (PWN), é o agente patogénico da Doença do Pinheiro que afeta pinheiros em todo o mundo. A infeção espalha-se globalmente através do comércio internacional e localmente através de insetos vetores, ameaçando a economia mundial da madeira. Devido às alterações climáticas, um número crescente de países fica ameaçado pela Doença da Murchidão do Pinheiro (PWD), sendo necessário conhecer melhor este agente patogénico para prevenir a disseminação da infeção e limitar as perdas económicas e ecológicas. As bactérias do género Serratia, presentes na comunidade endofítica do pinheiro e transportadas pelo PWN, podem desempenhar um papel importante na PWD.Este trabalho visa estudar como o nemátode Bursaphelencus xylophilus interage com estirpes bacterianas do género Serratia e avaliar o potencial nematicida de dois Serratomolides (Serrawettinas W1 and W2) produzidos por estirpes de Serratia.A presença dos genes codificantes de Serrawettinas foi investigada em estirpes selecionadas de Serratia. Foram realizados testes de mortalidade com bactérias, sobrenadantes e amino lípidos extraídos, de modo a determinar o seu potencial nematicida contra C. elegans (nemátode modelo) e B. xylophilus. Foram realizados testes de atração com C. elegans. Foram realizadas análises bioinformáticas para compreender os processos de biossíntese das Serrawettinas e para esclarecer as interações proteína-ligando entre estes Serratomolides e a proteína recetora TOL1 de C. elegans.Os sobrenadantes concentrados das estirpes de Serratia contendo Serrawettinas foram capazes de matar mais de 77% de B. xylophilus após 72 h. Oito amino lípidos específicos demonstraram uma elevada atividade nematicida contra B. xylophilus. A análise dos clusters dos genes codificantes de Serrawettinas W1 e W2 revelou a presença de várias proteínas envolvidas no processo de biossíntese destes Serratomolides.O trabalho permitiu concluir que várias estirpes de Serratia, os seus sobrenadantes e amino lípidos específicos foram capazes de demonstrar atividade nematicida contra B. xylophilus. O processo de biossíntese destes Serratomolides e as interações proteína-ligando entre estes e TOL1 merecem um estudo mais aprofundado.

Bursaphelencus xylophilus, also known as Pine Wood Nematode (PWN), is the pathogenic agent of Pine Wilt Disease that affects pine trees around the world. Infection is spreading globally through wood international commerce and locally by vector beetles, threatening wood world economy. As climate changes, more countries are becoming susceptible to Pine Wilt Disease (PWD) and, to prevent disease spread and limit economic and ecological losses, better knowledge about this pathogenic agent is needed. Serratia strains, present in endophytic community of pine trees and carried by PWN, may play an important role in PWD. This work aims to better understand interaction between Serratia strains and Bursaphelencus xylophilus and to assess nematicidal potential of Serratomolides (Serrawettin W1 and W2) produced by Serratia strains. Serrawettin genes presence was evaluated in selected Serratia strains. Mortality tests were performed with bacteria, supernatants and extracted amino lipids against C. elegans (model organism) and B. xylophilus to determine their nematicidal potential. Attraction tests were performed with C. elegans. Bioinformatic analysis were performed in order to better understand biosynthesis processes and to elucidate protein-ligand interactions between Serratomolides and C. elegans TOL1 receptor protein.Concentrated supernatants of Serratia strains with Serrawettins were able to kill more than 77% of B. xylophilus after 72 h. Eight specific amino lipids showed a high nematicidal activity against B. xylophilus. Cluster analysis of Serrawettin W1 and W2 biosynthesis gene revealed several new proteins involved in Serratomolides biosynthesis process.We conclude that some Serratia strains, their supernatants and specific amino lipids show nematicidal activity against B. xylophilus. Serratomolides biosynthesis process and protein-ligand interactions between TOL1 and Serratomolides deserve to be entirely studied.