Biodiversidade de bactérias isoladas de nódulos de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) cultivados em solos do Mato Grosso do Sul, Brasil
Data
2021-03-01
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Universidade Estadual de Londrina
Resumo
Resumo: Bactérias diazotróficas coletivamente chamadas de rizóbios podem se associar com leguminosas, como o feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) e formar estruturas especializadas nas raízes, denominadas de nódulos, onde ocorre a conversão do nitrogênio atmosférico em amônia, em um processo conhecido como fixação biológica do nitrogênio (FBN). Contudo, a associação do feijoeiro com essas bactérias frequentemente apresenta baixa eficiência simbiótica. Apesar da importância da leguminosa, ainda é escasso o conhecimento sobre as espécies de rizóbios simbiontes do feijoeiro no Brasil, bem como de sua eficiência em fixar nitrogênio. O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade e atividade nodulífera de rizóbios simbiontes de feijoeiro provenientes de 14 municípios do Mato Grosso do Sul, Brasil, compreendendo os três biomas do estado, Mata Atlântica, Cerrados e Pantanal. Foram realizadas a caracterização morfofisiológica, análise de perfil genômico por BOX-PCR, sequenciamento e análise filogenética dos genes 16S RNAr e do gene housekeeping glnII. Na análise de BOX-PCR em 82 estirpes, foi verificada alta diversidade genética, com um nível de similaridade final de apenas 18,68%; considerando o nível de similaridade de 70%, foram observados 12 grupos e 36 estirpes ocupando posições isoladas. Na análise do gene 16S RNAr de 54 estirpes representantes dos grupos encontrados por BOX-PCR, foram identificados 10 gêneros, sendo 37 “rizóbios clássicos” e Agrobacterium, sendo 09 no clado R. etli, 11 no clado R. tropici, 15 no gênero Agrobacterium spp., uma estirpe de Bradyrhizobium e uma de Mesorhizobium. As outras 17 estirpes não foram identificadas como rizóbios. Como o gene 16S RNAr é altamente conservado e, com frequência, incapaz de distinguir espécies intimamente relacionadas, prosseguiu-se com a análise do gene glnII, que foi bem sucedida em 34 estirpes e confirmou o posicionamento filogenético. De 37 estirpes de “rizóbios clássicos” e Agrobacterium avaliadas quanto à capacidade de fixação de nitrogênio, apenas 13 formaram nódulos, 06 do clado R. etli, 06 do clado R. tropici e uma de Agrobacterium; exceto por uma estirpe do clado R. etli, os nódulos foram eficientes em fixar nitrogênio. Os resultados obtidos indicam alta diversidade genética de bactérias capazes de nodular o feijoeiro no Estado do Mato Grosso do Sul, e que a promiscuidade da leguminosa, permitindo associações não eficientes, pode justificar as taxas baixas de contribuição do processo biológico na leguminosa, relatadas com frequência. Os resultados também confirmam o intrigante paradigma da função evolutiva da simbiose com o feijoeiro, altamente promíscua, capaz de associar com uma variedade de espécies de bactérias incapazes de reinfectar a leguminosa, ou que perdem facilmente a capacidade de nodular e fixar nitrogênio.
Abstract: Diazotrophic bacteria collectively called rhizobia can associate with legumes such as common bean (Phaseolus vulgaris L.) and form specialized structures in the roots, called nodules, where the conversion of atmospheric nitrogen to ammonia occurs, in a process known as biological nitrogen fixation (BNF). However, the association of common bean with these bacteria often shows low symbiotic efficiency. Despite the importance of this legume, knowledge about the species of rhizobia symbionts of common bean in Brazil, as well as their efficiency in fixing nitrogen, is still scarce. The objective of this study was to evaluate the diversity and nodulation hability of rhizobia symbionts of common bean from 14 municipalities in Mato Grosso do Sul, Brazil, comprising the three biomes of the State, Atlantic Forest, Cerrados and Pantanal. For that, the morphophysiological characterization, genomic profile analysis by BOX-PCR, sequencing and phylogenetic analysis of the 16S RNAr genes and of the housekeeping glnII gene were performed. In the BOX-PCR analysis of 82 strains, high genetic diversity was verified, with a final similarity level of only 18.68%; considering the similarity level of 70%, 12 groups and 36 strains occupying isolated positions were observed. In the 16S RNAr gene analysis of 54 strains representative of the BOX-PCR groups, 10 genera were identified, being 37 of “classic rhizobia” and Agrobacterium, with 09 in the R. etli clade, 11 in the R. tropici clade, 15 in the Agrobacterium spp. genus, one Bradyrhizobium and one Mesorhizobium strain. The other 17 strains were not identified as rhizobia. As the 16S RNAr gene is highly conserved and often unable to distinguish closely related species, we proceeded with the analysis of the glnII gene, which was successful in 34 strains and confirmed their phylogenetic position. Of the 37 strains classified as “classic rhizobia” and Agrobacterium that were evaluated for nitrogen fixation capacity, only 13 formed nodules, 06 of the R. etli clade, 06 of the R. tropici clade and one of Agrobacterium; except for one strain of the R. etli clade, the nodules were efficient in fixing nitrogen. The results obtained indicate high genetic diversity of bacteria capable of nodulating common bean in the State of Mato Grosso do Sul, and that the promiscuity of the legume, allowing inefficient associations, may justify the low rates of contribution of the biological process in the legume frequently reported. The results also confirm the intriguing paradigm of the evolutionary function of the symbiosis with common bean, highly promiscuous, capable of associating with a variety of bacterial species that are incapable of reinfecting the legume, or that easily lose the ability to nodulate and fix nitrogen.
Descrição
Palavras-chave
Fixação biológica do nitrogênio, Bactérias diazotróficas, BOX-PCR, 16S RNAr, Genes housekeeping