Ana Paula Guimarães

Sesbania virgata stimulates the occurrence of its microsymbiont in soils but does not inhibit microsymbionts of other species

A especie de leguminosa Sesbania virgata estabelece uma simbiose especifica e eficiente com Azorhizobium doebereinerae. Estudos previos indicam que a ocorrencia de A. doebereinerae esta relacionada a presenca de S. virgata. Avaliou-se a ocorrencia de A. doebereinerae e de outras Bacterias Fixadoras de Nitrogenio Noduliferas em Leguminosas (BFNNL) em amostras de solos coletadas proximo e a 10 metros do caule de cinco plantas de S. virgata em areas de pastagem. As caracteristicas simbioticas de isolados das populacoes dessas BFNNL foram tambem estudadas. Para captura de A. doebereinerae e de outras BFNNL, essas amostras de solos foram inoculadas em S. virgata e nas leguminosas promiscuas Leucaena leucocephala, Macroptilium atropurpureum, Phaseolus vulgaris e Vigna unguiculata. Todas as amostras de solos apresentaram BFNNL capazes de nodular, pelo menos, uma especie. M. atropurpureum foi a especie mais promiscua capturando um grande numero de tipos culturais de BFNNL das suspensoes de solo. As outras especies foram menos promiscuas na seguinte ordem: V. unguiculata, P. vulgaris, e L. leucocephala. Os isolados das especies hospedeiras consideradas promiscuas foram agrupados em sete tipos culturais. Um desses grupos, isolado de todas as especies promiscuas, apresentou crescimento rapido e reacao alcalina em meio de cultura (como Azorhizobium) e foi identificado como Cupriavidus. Este e o primeiro relato da simbiose de Cupriavidus com especies de Papilionoideae. A simbiose de BFNNL com as demais especies teve eficiencia variavel, mas foi sempre menor que a da adubacao nitrogenada e da estirpe recomendada como inoculante. S. virgata formou simbiose somente com A. doebereinerae, a qual foi mais frequente nas amostras de solos coletadas proximo ao caule da planta, corroborando alto estimulo deste microsimbionte por sua especie hospedeira. Uma alta diversidade de BFNNL ocorre saprofiticamente proximo ao sistema radicular de S. virgata.

Exopolysaccharides produced by the symbiotic nitrogen-fixing bacteria of leguminosae

O processo de fixacao biologica de nitrogenio (FBN), realizado por bacterias fixadoras de N2 simbioticas de leguminosas, comumente denominados α e β rizobios, proporciona alta sustentabilidade aos ecossistemas. Seu manejo como uma biotecnologia e bem sucedido para aumentar a produtividade das culturas. Um exemplo notavel desse sucesso e a inoculacao da soja com estirpes de Bradyrhizobium.Os rizobios produzem grande diversidade de estruturas quimicas dos exopolissacarideos (EPS). Embora o papel dos EPS seja relativamente bem estudado no processo de FBN, o seu potencial economico e ambiental ainda nao e explorado. Esses EPS sao principalmente heteropolissacarideos especie-especificos, que podem variar de acordo com a composicao dos acucares, as suas ligacoes em uma unica subunidade, o tamanho da unidade repetitiva e o grau de polimerizacao. Estudos mostram que os EPS produzidos por essas bacterias exercem importante papel no processo de invasao, formacao do cordao de infeccao, desenvolvimento do bacteroide e do nodulo e resposta de defesa da planta. Esses EPS tambem conferem protecao a essas bacterias quando submetidas a diversos estresses ambientais. Em geral, estirpes de rizobios que produzem maior quantidade de EPS sao mais tolerantes as condicoes adversas, quando comparadas com estirpes que produzem menor quantidade. Alem disso, sabe-se que os EPS produzidos por microrganismos sao amplamente utilizados em varios segmentos industriais. Esses compostos, tambem denominados biopolimeros, fornecem uma alternativa valida para a substituicao das gomas comumente usadas na industria de alimentos, por meio do desenvolvimento de produtos com propriedades praticamente identicas ou com melhores caracteristicas reologicas, que podem ser usados para novas aplicacoes. Os EPS microbianos tambem sao capazes de aumentar a adesao de particulas do solo, favorecendo a estabilidade mecânica dos agregados, alem de aumentarem os niveis de retencao de agua e fluxo de ar nesse ambiente. Diante da importância dos EPS, na presente revisao discute-se o papel desses compostos no processo de fixacao biologica de N2, na adaptacao dos rizobios a estresses ambientais, bem como no processo de agregacao do solo. As possiveis aplicacoes desses biopolimeros na industria tambem sao discutidas.

The oil-contaminated soil diazotroph Azoarcus olearius DQS-4T is genetically and phenotypically similar to the model grass endophyte Azoarcus sp. BH72

The genome of Azoarcus olearius DQS-4T , a N2 -fixing Betaproteobacterium isolated from oil-contaminated soil in Taiwan, was sequenced and compared with other Azoarcus strains. The genome sequence showed high synteny with Azoarcus sp. BH72, a model endophytic diazotroph, but low synteny with five non-plant-associated strains (Azoarcus CIB, Azoarcus EBN1, Azoarcus KH32C, A. toluclasticus MF63T and Azoarcus PA01). Average Nucleotide Identity (ANI) revealed that DQS-4T shares 98.98% identity with Azoarcus BH72, which should now be included in the species A. olearius. The genome of DQS-4T contained several genes related to plant colonization and plant growth promotion, such as nitrogen fixation, plant adhesion and root surface colonization. In accordance with the presence of these genes, DQS-4T colonized rice (Oryza sativa) and Setaria viridis, where it was observed within the intercellular spaces and aerenchyma mainly of the roots. Although they promote the growth of grasses, the mechanism(s) of plant growth promotion by A. olearius strains is unknown, as the genomes of DQS-4T and BH72 do not contain genes for indole acetic acid (IAA) synthesis nor phosphate solubilization. In spite of its original source, both the genome and behaviour of DQS-4T suggest that it has the capacity to be an endophytic, nitrogen-fixing plant growth-promoting bacterium.

COWPEA (VIGNA UNGUICULATA) CROPS IN AFRICA CAN RESPOND TO INOCULATION WITH RHIZOBIUM

Cowpea (Vigna unguiculata L. Walp) is the most important food grain legume in Africa. Cowpea is nodulated by rhizobium bacteria in almost all soils of the tropics, but studies performed in the 1970s and 1980s in Nigeria suggested only modest responses of grain yield in the field to inoculation of selected rhizobium strains. More recently, experiments performed in Brazil have shown that cowpea responded to inoculation of rhizobium selected locally and grain yields increased by up to 30%. We tested some of the Brazilian strains on cowpea at a site in northern Mozambique and at several sites in Northern Ghana. At all sites phosphorus fertilizer (26 kg P ha⁻¹) was added to all plots. At the site in Mozambique despite considerable damage to the crop by the parasitic yellow witchweed (Alectra vogelii), grain yields were more than doubled by inoculation of one of the Brazilian strains and reached 1.4 Mg ha⁻¹. In on-station experiments conducted in 2012 in June and August in northern Ghana using the local cowpea variety Padi-Tuya as the test crop, nodule weight at 35 days after planting (dap) tripled with rhizobium strain BR 3299 (530 mg plant⁻¹) in August with the other inoculants (BR 3267 and a mixture of BR 3267 and BR 3299) also increased nodule weight to over 300 mg plant⁻¹. In the first on-station experiment, grain yields were doubled by the inoculation of any of the three rhizobium strains, and in the second experiment, significant increases in grain yield ranged from 39% to 57% and reached over 2.0 Mg ha⁻¹. Similar increases in nodulation and grain yield due to inoculation were observed in 22 on-farm trials. Nitrogen fertilizer application promoted vegetative growth but did not increase grain yield and nodulation. Inoculating cowpea with highly effective rhizobium strains can therefore enhance grain yield of smallholder farmers in Africa.