Identification of β-propeller phytase-encoding genes in culturable Paenibacillus and Bacillus spp. from the rhizosphere of pasture plants on volcanic soils

Resumo

O fitato é uma das fontes mais abundantes de fósforo orgânico (P) nos solos, mas deve ser mineralizado por bactérias produtoras de fitase para liberar o P para a absorção pelas plantas. Inoculantes microbianos baseados em Bacillus spp. foram desenvolvidos comercialmente, mas poucos estudos avaliaram a ecologia dessas bactérias na rizosfera ou os tipos de enzimas que elas produzem. Aqui, estudamos a diversidade de bactérias formadoras de endosporos aeróbicos (EFB) com a capacidade de mineralizar o fitato na rizosfera de plantas de pastagem cultivadas em solos vulcânicos do sul do Chile. Os métodos de PCR foram usados para detectar genes candidatos codificadores de fitase e para identificar as bactérias EFB que carregam esses genes. Esse estudo revelou que as populações de EFB degradadoras de fitato de plantas de pastagem incluíam espécies de Paenibacillus e Bacillus, que carregavam genes codificadores de fitase β-hélice (BPP). Os ensaios de atividade enzimática confirmaram a capacidade desses isolados da rizosfera de degradar o fitato. Os genes codificadores de fitase descritos aqui podem ser valiosos como marcadores moleculares para avaliar a função do EFB na mobilização de P orgânico na rizosfera.

Abstract

Phytate is one of the most abundant sources of organic phosphorus (P) in soils, but must be mineralized by phytase-producing bacteria to release P for plant uptake. Microbial inoculants based on Bacillus spp. have been developed commercially, but few studies have evaluated the ecology of these bacteria in the rhizosphere or the types of enzymes that they produce. Here, we studied the diversity of aerobic endospore-forming bacteria (EFB) with the ability to mineralize phytate in the rhizosphere of pasture plants grown in volcanic soils of southern Chile. PCR methods were used to detect candidate phytase-encoding genes and to identify EFB bacteria that carry these genes. This study revealed that the phytate-degrading EFB populations of pasture plants included species of Paenibacillus and Bacillus, which carried genes encoding β-propeller phytase (BPP). Assays of enzymatic activity confirmed the ability of these rhizosphere isolates to degrade phytate. The phytase-encoding genes described here may prove valuable as molecular markers to evaluate the role of EFB in organic P mobilization in the rhizosphere.