Caracterización molecular y funcional de biofertilizantes bacterianos, y análisis de su potencial para mejorar la producción de cultivos de maíz, guisante, lechuga, fresa y zanahoria

Resumen

En el presente estudio se analizaron bacterias endosimbiontes y endofíticas de nódulos de Pisum sativum y Phaseolus vulgaris en dos localidades de las provincias de Valladolid y Salamanca, respectivamente. Un total de 59 cepas de endosimbiontes y 36 de bacterias endófitas se identificaron a nivel de género y especie mediante el análisis de varios genes cromosómicos y, en el caso de las cepas endosimbiontes, se identificaron a nivel de simbiovar mediante el análisis de un gen simbiótico. Las cepas endosimbiontes fueron identificadas como Rhizobium laguerreae sv viciae y las bacterias endófitas se identificaron con diferentes especies de los géneros Agrobacterium, Bacillus, Dermacoccus, Domibacillus, Massilia, Paenibacillus, Paenisporosarcina, Phyllobacterium y Terribacillus. Concretamente la cepa del género Phyllobacterium pertenecía a una especie no descrita de este género que se describió con el nombre de Phyllobacterium endophyticum. Las cepas aisladas presentaron varios mecanismos diferentes de promoción del crecimiento vegetal in vitro, como la producción de ácido indol acético y de sideróforos, la solubilización de fosfato. Teniendo en cuenta estos mecanismos, se seleccionaron las cepas Rhizobium laguerreae AMPS34, Bacillus simplex AMPSE14, Bacillus aryabhattai AMPSE20 y Paenibacillus tundrae PSE3PSE02 para diseñar consorcios microbianos para inocular plantas de guisante y de maíz. Estas cepas fueron capaces de colonizar los tejidos de las raíces de ambas plantas y de acuerdo con los resultados obtenidos en microcosmos, el consorcio formado por las cepas de Rhizobium laguerreae AMPS34 y Bacillus simplex AMPSE14 fue el que mejores resultados mostró en inoculaciones de guisante y maíz, aunque la inoculaciones simples de las cepas AMPS34 y PSE3PSE02 produjeron los mejores resultados en guisante y maíz, respectivamente. El ensayo de campo mostró que la mejor producción se obtuvo con el tratamiento en solitario con AMPS34, superando el control positivo con nitrógeno en guisante y alcanzando eficiencias ligeramente inferiores en maíz. Las cepas Phyllobacterium endophyticum PEPV15 y Rhizobium laguerreae PEPV16 se seleccionaron para inocularlas en fresa, lechuga y zanahoria. Ambas cepas promovieron el desarrollo de plántulas de esos tres cultivos, observándose una colonización intensa de las raíces e incluso una colonización endofítica de sus tejidos. La inoculación de ambas cepas produjo una mejora de la producción de las tres plantas tanto en condiciones de invernadero como en condiciones de campo. El análisis de los genomas de las cepas PEPV15 y PEPV16 mostró un importante potencial de estas cepas como biofertilizantes debido a la presencia de múltiples genes implicados en la síntesis de fitohormonas, producción de sideróforos, inducción de resistencia sistémica y estrategias de colonización y competición en la rizosfera. Por lo tanto, los rhizobia y géneros próximos, como es el caso de Phyllobacterium, son la mejor elección para el diseño de nuevos biofertilizantes multifuncionales debido a la ausencia de patogenicidad para plantas, animales y seres humanos. No obstante, la adición de otras bacterias no patógenas, fundamentalmente fijadoras de N en vida libre, pueden mejorar el rendimiento de los cultivos, fundamentalmente de no leguminosas.