Root-Associated Microbiome of Maize Genotypes with Contrasting Phosphorus Use Efficiency

Resumo

A fertilidade marginal do solo, a acidez do solo, a toxicidade do alumínio e o baixo nível generalizado de nutrientes disponíveis, especialmente o fósforo (P), são os principais fatores limitantes da produção de milho em oxissolos altamente intemperizados, que são proeminentes nos trópicos. As plantas desenvolveram várias estratégias para melhorar a aquisição de P, incluindo a capacidade de se associar a microrganismos do solo que potencialmente aumentam a absorção de P e a nutrição das plantas. Investigamos o efeito de dois genótipos de milho com eficiência de uso de P contrastante e seu híbrido, cultivados em solos com dois níveis de P, nas estruturas da comunidade bacteriana e fúngica na raiz e na rizosfera. Constatamos que uma fração significativa da diversidade bacteriana e fúngica pode ser atribuída ao genótipo do hospedeiro, mas, em geral, o nível de P do solo foi o principal fator determinante da estrutura do microbioma, seguido pelo compartimento da planta (rizosfera versus diretamente associado à raiz). Os táxons bacterianos de crescimento lento aumentaram no solo com baixo teor de P, enquanto os táxons de crescimento rápido foram enriquecidos no solo com alto teor de P. O solo com baixo teor de P teve um efeito positivo sobre a abundância de fungos micorrízicos arbusculares, como esperado, principalmente dentro da raiz. Por outro lado, nossos resultados não confirmaram a seleção de micróbios associados à promoção do crescimento das plantas e à solubilização de P com base na disponibilidade de P. Em conjunto, nossos resultados ampliam o conhecimento sobre quais grupos microbianos são favorecidos em oxisol com deficiência de P e sugerem que a fertilização com P afeta significativamente a composição de espécies e os índices de diversidade das comunidades de bactérias e fungos, tanto no interior das raízes quanto na rizosfera.

Abstract

Marginal soil fertility, soil acidity, aluminum toxicity, and a generalized low level of available nutrients, especially phosphorus (P), are major limiting factors to maize production in highly weathered oxisols that are prominent in the tropics. Plants have evolved several strategies to improve P acquisition, including the ability to associate with soil microorganisms that potentially enhance P uptake and plant nutrition. We investigated the effect of two maize genotypes with contrasting P use efficiency and their hybrid, grown in soils with two P levels, on bacterial and fungal community structures in the root and the rhizosphere. We found that a significant fraction of bacterial and fungal diversity could be attributed to the host genotype, but in general, the soil P level was the major driver of microbiome structure followed by plant compartment (rhizosphere versus directly root associated). Slow-growing bacterial taxa increased in the low P soil, whereas fast-growing taxa were enriched in high P soil. The low P soil had a positive effect on arbuscular mycorrhizal fungi abundance, as expected, particularly inside the root. On the other hand, our results did not support selection for microbes associated to plant growth promoting and P solubilization based on P availability. Taken together, our results expand knowledge of which microbial groups are favored in P-deficient oxisol and suggest that P fertilization significantly impacts the species composition and diversity indices of bacteria and fungi communities, both inside the roots and in the rhizosphere.