Guía docente de Biología y Ecología Molecular de Bacterias de Interés Agroforestal (M58/56/1/87)

El desarrollo de la agricultura actual pasa por compatibilizar parámetros clásicos de producción y rentabilidad, con otros nuevos de sostenibilidad y respeto al medio ambiente. Estudio de los microorganismos que interaccionan con el mismo y que contribuyen a la fertilidad del suelo. La primera parte de éste se dedicará al estudio de las nuevas metodologías moleculares disponibles para evaluar la diversidad de los microorganismos presentes en la rizosfera de plantas con interés agroforestal y analizar su función en el ecosistema. El concepto de Agricultura y Silvicultura como interacción de las plantas con los microorganismos rizosféricos; la descripción de las actividades de estos últimos, centrándonos en los beneficiosos (PGPR, producción de hormonas, vitaminas, fijación de nitrógeno, biocontrol,...); y por tanto la necesidad de caracterizar el microbioma presente en la rizosfera de cultivos de interés. Además de las posibles rutas metabólicas, actividades enzimáticas, o procesos con aplicación biotecnológica. Desde un punto de vista práctico, esta caracterización se puede realizar por métodos moleculares como el análisis de huella genética (el uso del gen 16S rRNA) o más recientes como el análisis de metagenomas de suelos o la secuenciación masiva mediante distintas técnicas del ADN ambiental, lo que nos abre las puertas a la aplicación de las tecnologías “ómicas”. En la segunda parte del curso se abordarán diversos aspectos de la genómica estructural y funcional de las bacterias que establecen simbiosis fijadoras de nitrógeno con las plantas leguminosas, con particular referencia a Sinorhizobium meliloti como modelo experimental. Se pondrá especial énfasis en la descripción de la diversidad de funciones biológicas de los RNAs no codificantes (ribozimas del grupo II y sRNAs) y de su potencial biotecnológico, en particular se hará hincapié en el papel de reverso transcriptasas en nuevos sistemas de defensa frente a virus.

El alumno sabrá/comprenderá:

Tanto desde un punto de vista teórico como práctico, técnicas moleculares para el estudio de los genomas de rizobacterias y de las comunidades bacterianas asociadas a plantas de interés agroforestal (Metagenómica, genómica funcional y estructural, proteómica, metabolómica). El conjunto de esta información genética del suelo se presentará como una fuente de recursos biotecnológicos para la selección de nuevos compuestos, enzimas o rutas metabólicas de interés. Se prestará especial atención a los elementos genéticos móviles como responsables de la transferencia genética horizontal y de la evolución en bacterias.

El alumno será capaz de interpretar a un nivel práctico resultados derivados del:

-Análisis mediante técnicas moleculares de comunidades bacterianas en conjunto, así como de manera aislada.

- Análisis de la capacidad de diversos sistemas de defensa frente a Fagos y su posible desarrollo biotecnológico.

A un nivel teórico:

- Discusión y planteamiento de artículos científicos relevantes para la temática del curso.

• Tema 1. Métodos moleculares para el análisis del genoma microbiano del suelo.
• Tema 2. El papel del microbioma vegetal frente a patógenos.
• Tema 3. El RNoma bacteriano: identificación y caracterización de sRNAs de S. meliloti.
• Tema 4. Diversidad de las Transcriptasas inversas en procariotas. Nuevo papel biológico
• Tema 5. Retrones: Nuevos sistemas de defensa frente a fagos.
• Tema 6. Sistemas CRISPR asociados a Transcriptasas inversas.

TALLER

• Análisis bioinformático de datos de secuenciación masiva

PRÁCTICAS DE LABORATORIO:

Práctica: Retrones, sistemas de defensa frente a fagos. Sistemas Toxina/Antitoxina

1. Demostración funcional in vivo de: (i) retrón Eco11 (Sistema III-A3 y un retrón del sistema IX como sistemas de defensa frente a fagos.

2. Determinación del mecanismo de defensa del sistema IX basado en un sistema de doble componente toxina y antitoxina.

• Berg et al. 2014. Unraveling the plant microbiome: looking back and future perspectives. Frontiers in Microbiology 5: 148.
• Cobo-Díaz et al. 2015. Metagenomic assessment of the potential microbial Nitrogen pathways in the rhizosphere of a Mediterranean forest after a wildfire. Microbial Ecology 69(4): 895-904.
• Fernández-González et al. 2017. The rhizosphere microbiome of burned holm-oak: potential role of the genus Arthrobacter in the recovery of burned soils. Sci Rep 7(1): 6008.
• Forney et al. 2004. Molecular microbial ecology: land of the one-eyed king. 7: 210-220.
• Galibert et al. 2001. The composite genome of the legume Symbiont Sinorhizobium meliloti. Science 293: 668-672.
• Gao L, et al. 2020. Diverse enzymatic activities mediate antiviral immunity in prokaryotes. Science. 369(6507):1077-1084.
• García-Tomsig et al. 2022. Pervasive RNA Regulation of Metabolism Enhances the Root Colonization Ability of Nitrogen-Fixing Symbiotic α-Rhizobia. mBio 13(1):e0357621
• González-Delgado et al 2019. Spacer acquisition from RNA mediated by a natural reverse transcriptase-Cas1 fusion protein associated with a type III-D CRISPR-Cas system in Vibrio vulnificus. Nucleic Acids Res. 47(19):10202-10211. doi: 10.1093/nar/gkz746.
• González-Delgado A, et al. 2021. Prokaryotic reverse transcriptases: from retroelements to specialized defense systems. FEMS Microbiol Rev. 45(6):fuab025.
• Hill et al. 2003. Using ecological diversity measures with bacterial communities. FEMS Microbiol. Ecol. 43: 1-11.
• Kirk et al. 2004. Methods of studying soil microbial diversity. J. Microbiol. Methods 58: 169-188.
• Knief, C. 2014. Analysis of plant microbe interactions in the era of next generation sequencing technologies. Front. Plant Science 5: 216.
• Mendes et al. 2013. The rhizosphere microbiome: significance of plant beneficial, plant pathogenic, and human pathogenic microorganisms. FEMS Microbiology Reviews 37(5): 634-663.
• Millman et al. 2020. Bacterial Retrons Function In Anti-Phage Defense. Cell. 183(6):1551-1561.e12.
• Mestre MR et al. 2020. Systematic prediction of genes functionally associated with bacterial retrons and classification of the encoded tripartite systems. Nucleic Acids Res. 48(22):12632-12647.
• Mestre MR, et al. 2022. UG/Abi: a highly diverse family of prokaryotic reverse transcriptases associated with defense functions. Nucleic Acids Res. 50(11):6084-6101.
• Robledo M, et al. 2020. Riboregulation in Nitrogen-Fixing Endosymbiotic Bacteria. Microorganisms 8(3):384.
• Robledo M et al. 2017. A conserved α-proteobacterial small RNA contributes to osmoadaptation and symbiotic efficiency of rhizobia on legume roots. Environ. Microbiol. 19(7):2661-2680
• Sánchez-Cañizares et al. 2017. Understanding the holobiont: the interdependence of plants and their microbiome. Current Opinion in Microbiology 38: 188-196.
• Schlüter et al. 2010. A genome-wide survey of sRNAs in the symbiotic nitrogen-fixing alpha-proteobacterium Sinorhizobium meliloti. BMC Genomics. 11: 245.
• Schlüter et al. 2013. Global mapping of transcription start sites and promoter motifs in the symbiotic α-proteobacterium Sinorhizobium meliloti 1021. BMC Genomics. 14: 156.
• Toro et al. 2019. Multiple origins of reverse transcriptases linked to CRISPR-Cas systems. RNA Biol. 16(10):1486-1493.
• Torres-Quesada et al. 2014. Genome-wide profiling of Hfq-binding RNAs uncovers extensive post-transcriptional rewiring of major stress response and symbiotic regulons in Sinorhizobium meliloti. RNA Biol. 11: 563-579.
• Turner et al. 2013. The plant microbiome. Genome Biology 14(6): 1-10.
• Zhou, J. 2003. Microarrays for bacterial detection and microbial community analysis. Current Op. Microbiol. 6: 288-294.

No procede

Página web del grupo de investigación: https://www.eez.csic.es/estructura-dinamica-y-funcion-de-genomas-de-rizobacterias

NCBI: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

Joint Genome Institute: http://www.jgi.doe.gov/

Ribosomal Database Project: http://rdp.cme.msu.edu/

ARB database: http://www.arb-home.de/

Tree of Life web project: http://tolweb.org/tree

Sinorhizobium meliloti: http://iant.toulouse.inra.fr/bacteria/annotation/cgi/rhime.cgi

                                         http://www.cebitec.uni-bielefeld.de/CeBiTec/rhizogate/

Rfam database:              http://rfam.sanger.ac.uk/

Genómica comparada:  http://www.microbesonline.org/

the PADLOC web server for identification of antiviral defence systems in microbial genomes (https://padloc.otago.ac.nz)

CrispR-cas finder for identify the presence of crispr system in any genome sequence: https://crisprcas.i2bc.paris-saclay.fr/

Programa bioinformático STAMP: https://beikolab.cs.dal.ca/software/STAMP

Plataforma bioinformática SEED: http://www.biomed.cas.cz/mbu/lbwrf/seed/

Plataforma bioinformática Microbiome Analyst: https://www.microbiomeanalyst.ca/

Plataforma bioinformática Mothur: https://mothur.org/

El artículo 17 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

• SE1 Asistencia a clase: 50%. Comp. Eval.: CT1-3;
• SE2 Participación en discusiones de clase: 10%. Comp. Eval.: CT6-8 y CE4
• SE3 Participación en las prácticas: 10% Comp Eval.: CT10,11 y CEA1-5, CEA7-8.
• SE4 Exposición y discusión de artículos científicos: 30% Comp. Eval.: CT4; CT5 y CEA7-10.

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

• Realización de examen escrito de todos los contenidos teóricos y prácticos impartidos durante el curso.

El artículo 8 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que podrán acogerse a la evaluación única final, el estudiante que no pueda cumplir con el método de evaluación continua por causas justificadas.

Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura o en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad al inicio de las clases o por causa sobrevenidas. Lo solicitará, a través del procedimiento electrónico, a la Coordinación del Máster, quien dará traslado al profesorado correspondiente, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.

La evaluación en tal caso consistirá en:

• La evaluación única constará de la realización de examen escrito de todos los contenidos teóricos y prácticos impartidos durante el curso: 100 %