Multifunctionality and diversity of culturable bacterial communities strictly associated with spores of the plant beneficial symbiont Rhizophagus intraradices

Resumo

Os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) vivem em simbiose com a maioria das plantas cultivadas e representam elementos essenciais da fertilidade do solo, da nutrição e da produtividade das plantas, facilitando a absorção de nutrientes minerais do solo e protegendo as plantas de estresses bióticos e abióticos. Esses serviços benéficos podem ser mediados pelas comunidades bacterianas densas e ativas associadas aos esporos, que sustentam diversas funções, como a promoção da atividade micorrízica, o controle biológico de doenças transmitidas pelo solo, a fixação de nitrogênio e o fornecimento de nutrientes e fatores de crescimento. Neste trabalho, utilizamos métodos dependentes de cultura para isolar e caracterizar funcionalmente a microbiota estritamente associada aos esporos de Rhizophagus intraradices e identificamos molecularmente as cepas com melhor potencial de atividades promotoras de crescimento de plantas (PCP) por meio da análise da sequência 16S rDNA. Isolamos em cultura pura 374 cepas bacterianas pertencentes a diferentes grupos funcionais – bactéria actinobactéria, formadora de esporos, quitinolítica e fixadora de N2 – e examinamos 122 cepas quanto a suas possíveis atividades de PCP. A característica PCP mais comum foi representada pela solubilização de P do fitato (69,7%), seguida pela produção de sideróforos (65,6%), solubilização de P mineral (49,2%) e produção de IAA (ácido indolacético) (42,6%). Cerca de 76% das actinobactérias e 65% das bactérias quitinolíticas apresentaram múltiplas atividades de PCP. Dezenove cepas com as melhores atividades potenciais de PCP, atribuídas a Sinorhizobium meliloti, Streptomyces spp, Arthrobacter phenanthrenivorans, Nocardiodes albus, Bacillus sp. pumilus group, Fictibacillus barbaricus e Lysinibacillus fusiformis, mostraram a capacidade de produzir IAA e sideróforos e de solubilizar P a partir de fosfato mineral e fitato, representando candidatos adequados como agentes de biocontrole, biofertilizantes e bioenriquecedores, na perspectiva do gerenciamento direcionado de simbiontes benéficos e suas bactérias associadas em sistemas sustentáveis de produção de alimentos.

Abstract

Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) live in symbiosis with most crop plants and represent essential elements of soil fertility and plant nutrition and productivity, facilitating soil mineral nutrient uptake and protecting plants from biotic and abiotic stresses. These beneficial services may be mediated by the dense and active spore-associated bacterial communities, which sustain diverse functions, such as the promotion of mycorrhizal activity, biological control of soilborne diseases, nitrogen fixation, and the supply of nutrients and growth factors. In this work, we utilised culture-dependent methods to isolate and functionally characterize the microbiota strictly associated to Rhizophagus intraradices spores, and molecularly identified the strains with best potential plant growth promoting (PGP) activities by 16S rDNA sequence analysis. We isolated in pure culture 374 bacterial strains belonging to different functional groups—actinobacteria, spore-forming, chitinolytic and N₂-fixing bacteria—and screened 122 strains for their potential PGP activities. The most common PGP trait was represented by P solubilization from phytate (69.7%), followed by siderophore production (65.6%), mineral P solubilization (49.2%) and IAA production (42.6%). About 76% of actinobacteria and 65% of chitinolytic bacteria displayed multiple PGP activities. Nineteen strains with best potential PGP activities, assigned to Sinorhizobium meliloti, Streptomyces spp., Arthrobacter phenanthrenivorans, Nocardiodes albus, Bacillus sp. pumilus group, Fictibacillus barbaricus and Lysinibacillus fusiformis, showed the ability to produce IAA and siderophores and to solubilize P from mineral phosphate and phytate, representing suitable candidates as biocontrol agents, biofertilisers and bioenhancers, in the perspective of targeted management of beneficial symbionts and their associated bacteria in sustainable food production systems.