Diversidad de rizobios y fijación biológica de nitrógeno en aislados de Clitoria brachystegia, en remanentes de bosque seco tropical de Ecuador y Perú

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.22201/ib.20078706e.2021.92.3426

Palabras clave:

Rhizobium, Bradyrhizobium, Clitoria, Fijación de nitrógeno, ARNr 16S

Resumen

Los rizobios son los simbiontes de plantas leguminosas mejor estudiados, con alta eficiencia en fijación biológica de nitrógeno y capaces de abastecer hasta 90% de las necesidades de este elemento en dichas plantas. Entre las leguminosas de bosques secos tropicales, Clitoria brachystegia Benth. (Fabaceae) se encuentra declarada endémica de este ecosistema y sus bacterias simbiontes nunca se habían reportado. Esta investigación pretende establecer la diversidad y capacidad de fijación de nitrógeno de los rizobios encontrados en los nódulos de C. brachystegia en remanentes de bosque seco tropical. El empleo de técnicas moleculares como BOX-PCR y secuenciación del gen ribosomal 16S, permitió identificar 24 aislados de Rhizobium y 22 de Bradyrhizobium que mostraron una distribución geográfica diferenciada, recuperándose la mayoría de Rhizobium de Ecuador y todos los Bradyrhizobium de Perú. La diversidad de los rizobios entre localidades mostró diferencias, pero no se evidenció una relación significativa con las características de los suelos o el clima. Varias de las cepas de Rhizobium y Bradyrhizobium mostraron un buen potencial como fijadoras de nitrógeno y por lo tanto pueden considerarse como un recurso útil en futuros esfuerzos de conservación de C. brachystegia, una planta considerada en peligro de extinción.

Biografía del autor/a

Javier Oswaldo Soto-Valenzuela, Universidad Estatal Penìnsula de Santa Elena

Docente titular agregado en la Universidad Estatal Penìnsula de Santa Elena (Ecuador). (c) PhD. Ciencias Biologicas UNALM (Perù).

Ernesto Ormeño-Orrillo, Universidad Nacional Agraria La Molina

Doctor en Ciencias. Profesor principal

Doris Zúñiga-Dávila, Universidad Nacional Agraria La Molina

Doctora en Ciencias Biològicas. Profesor principal

Citas

Aguirre, Z. (2012). Especies forestales de los bosques secos del Ecuador. Guía dendrológica para su identificación y caracterización. Quito: Proyecto Manejo Forestal Sostenible ante el Cambio Climático. MAE/FAO-Finlandia.

Alexander, M. (2010). Introducción a la microbiología del suelo. México D.F.: AGT Editor, S.A.

Allen, O. y Allen, K. (1981). The Leguminosae. London: University of Wisconsin Press.

Benson, D., Cavanaugh, M., Clark, K., Karsch-Mizrachi, I., Lipman, D. y Ostell, J. (2017). GenBank. Nucleic Acids Research, 45, 37–42. https://doi.org/10.1093/nar/gkx1094

Beukes, C. W., Stępkowski, T., Venter, S. N., Cłapa, T., Phalane, F. L., le Roux, M. M. et al. (2016). Crotalarieae and Genisteae of the South African Great Escarpment are nodulated by novel Bradyrhizobium species with unique and diverse symbiotic loci. Molecular Phylogenetics and Evolution, 100, 206–218. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2016.04.011

Cao, Y., Wang, E., Zhao, L., Chen, W. y Wei, G. (2014). Diversity and distribution of rhizobia nodulated with Phaseolus vulgaris in two ecoregions of China. Soil Biology & Biochemistry, 78,128–137. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.07.026

CIAT (Centro Internacional de Agricultura Tropical). (1988). Simbiosis leguminosa-rizobio. Manual de métodos de evaluación, selección y manejo agronómico. Cali: CIAT.

Coelho, K. P., Ribeiro, P. R. A., Moura, E. G., Aguiar, A. C. F., Rodrigues, T. L. y Moreira, F. M. S. (2018). Symbiosis of rhizobia with Gliricidia sepium and Clitoria fairchildiana in an Oxisol in the pre-Amazon region of Maranhão State. Acta Scientiarum. Agronomy, 40, e35248. https://doi.org/10.4025/actasciagron.v40i1.35248

de Oliveira-Nunes, G. F., Souza-Menezes, K. A, Araújo-Sampaio, A., Leite, J., Fernandes-Júnior, P. L., Lima-Seido, S. et al. (2018). Polyphasic characterization of forage legumes root nodule bacteria isolated from semiarid region in Brazil. Revista de Ciencias Agrarias, 41, 612–624. https://doi.org/10.19084/RCA17339

Duangkhet, M., Chikoti, Y., Thepsukhon, A., Thapanapongworakul, P., Chungopast, S. y Tajima, M. (2018). Isolation and characterization of rhizobia from nodules of Clitoria ternatea in Thailand. Plant Biotechnology, 35, 123–129. https://doi.org/10.5511/plantbiotechnology.18.0402a

Espinosa, C., de la Cruz, M., Luzuriaga, A. y Escudero, A. (2012). Bosques tropicales secos de la región Pacífico Ecuatorial: diversidad, estructura, funcionamiento e implicaciones para la conservación. Ecosistemas, 21, 167–179.

FAO (2015). Evaluación de los recursos forestales mundiales 2015. Roma: FAO.

Felsenstein, J. (1985). Confidence limits on phylogenies: an approach using the bootstrap. Evolution, 39, 783–791. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1985.tb00420.x

Ferreira-Da Silva, A., Freitas, A., Costa, T., Fernandes-Junior, P., Martins, L., Silva-Santos, C. et al. (2017). Biological nitrogen fixation in tropical dry forests with different legume diversity and abundance. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 107, 321–334. https://doi.org/10.1007/s10705-017-9834-1

Ferrera, R., González, M. y Rodríguez, M. (1993). Manual de agromicrobiología. México D.F.: Editorial Trillas.

Fierer, N. y Jackson, R. B. (2006). The diversity and biogeography of soil bacterial communities. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103, 626–631. https://doi.org/10.1073/pnas.0507535103

Gei, M., Rozendaal, D. M. A., Poorter, L., Bongers, F., Sprent, J. I., Garner, M. D. et al. (2018). Legume abundance along successional and rainfall gradients in Neotropical forests. Ecology & Evolution, 2, 1102–1111. https://doi.org/10.1038/s41559-018-0559-6

Hammer, O., Harper, D. A. T. y Ryan, P. D. (2001). PAST: paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontología Electronica, 4, 1–9.

Hardy, R., Holsten, R. D., Jackson, E. y Burns, R. (1968). The acetylene-ethylene assay for N2 fixation: laboratory and field evaluation. Plant Physiology, 43, 1185–1207. https://doi.org/10.1104/pp.43.8.1185

Kim, O. S., Cho, Y. J., Lee, K., Yoon, S. H., Kim, M., Na, H. et al. (2012). Introducing EzTaxon-e: a prokaryotic 16S rRNA gene sequence database with phylotypes that represent uncultured species. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 62, 716–721. https://doi.org/10.1099/ijs.0.038075-0

Kumar, S., Stecher, G. y Tamura, K. (2016). MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Molecular Biology and Evolution, 33, 1870–1874. https://doi.org/10.1093/molbev/msw054

Li, M., Li, Y., Chen, W., Sui, X., Li, Y., Wang, E. et al. (2012). Genetic diversity, community structure and distribution of rhizobia in the root nodules of Caragana spp. from arid and semi-arid alkaline deserts, in the north of China. Systematic and Applied Microbiology, 35, 239–245. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2012.02.004

Linares-Palomino, R., Kvist, L. P., Aguirre, Z. y Gonzales, C. (2010). Diversity and endemism of woody plant species in the Equatorial Pacific seasonally dry forests. Biodiversity and Conservation, 19, 169–185. https://doi.org/10.1007/s10531-009-9713-4

Lloret, L. y Martínez-Romero, E. (2005). Evolución y filogenia de Rhizobium. Revista Latinoamericana de Microbiología, 47, 43–60.

López-Alcocer, J., Lépiz-Ildefonso, R., González-Eguiarte, D., Rodríguez-Macías, R., López-Alcocer, E. y Olalde-Portugal, V. (2017). Caracterización morfológica y Bioquímica de cepas de Rhizobium colectadas en frijol común silvestre y domesticado. Revista Fitotecnia Mexicana, 40, 73–81.

López-López, A., Rogel-Hernández, M., Barolis, I., Ortíz, A., Martínez, J., Ormeño-Orrillo, E. et al. (2012). Rhizobium grahamii sp. nov., from nodules of Dalea leporina, Leucaena leucocephala and Clitoria ternatea, and Rhizobium mesoamericanum sp. nov., from nodules of Phaseolus vulgaris, siratro, cowpea and Mimosa pudica. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 62, 2264–2271. https://doi.org/10.1099/ijs.0.033555-0

Maestre, F. (2016). Respuesta de los microorganismos de los suelos áridos ante el cambio climatico. Investigaciòn y Ciencia, 480, 12–14.

Magurran, A. E. (1988). Ecological diversity and its measurement. London: Chapman & Hall.

Menna, P., Hungría, M., Barcellos, F., Bangel, E., Hess, P. y Martínez-Romero, E. (2006). Molecular phylogeny based on the 16S rRNA gene of elite rhizobial strains used in Brazilian commercial inoculants. Systematic and Applied Microbiology, 29, 315–332. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2005.12.002

Navarro, A., Fos, S., Laguna, E., Durán, D., Rey, L., Rubio-Sanz, L. et al. (2014). Conservation of endangered Lupinus mariae-josephae in its natural habitat by inoculation with selected, native Bradyrhizobium strains. Plos One, 9, e102205. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0102205

Noel, K. D., Sánchez, A., Fernández, L., Leemans, J. y Cevallos, M. A. (1984). Rhizobium phaseoli symbiotic mutants with transposon Tn5 insertions. Journal of Bacteriology, 158, 148–155. https://doi.org/10.1128/JB.158.1.148-155.1984

Ott, T., van Dongen, J. T., Günther, C., Krusell, L., Desbrosses, G., Vigeolas, H. et al. (2005). Symbiotic leghemoglobins are crucial for nitrogen fixation in legume root nodules but not for general plant growth and development. Current Biology, 15, 531–535. https://doi.org/10.1016/j.cub.2005.01.042

Pahuara-Hernandez, D. y Zúñiga-Dávila, D. (2001). Efecto del fósforo sobre la población microbiana en suelos con pasturas en la zona altoandina de Junín. Ecología Aplicada, 1, 57–64. https://doi.org/10.21704/rea.v1i1-2.230

Parker, M. (2008). Symbiotic relationships of legumes and nodule bacteria on Barro Colorado Island, Panama: a review. Microbial Ecology, 55, 662–672. https://doi.org/10.1007/s00248-007-9309-z

Parker, M. y Rousteau, A. (2014). Mosaic origins of Bradyrhizobium legume symbionts on the Caribbean island of Guadeloupe. Molecular Phylogenetics and Evolution, 77, 110–115. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2014.04.011

Poole, P., Ramachandran, V. y Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: from saprophytes to endosymbionts. Nature Reviews Microbiology, 16, 291–303. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.171

Ribeiro, R., Ormeño-Orrillo, E., Fuzinatto, R., Graham, P., Martínez-Romero, E. y Hungría, M. (2013). Novel Rhizobium lineages isolated from root nodules of the common bean (Phaseolus vulgaris L.) in Andean and Mesoamerican areas. Research in Microbiology, 164, 740–748. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2013.05.002

Ribeiro, R. A, Rogel, M. A., López-López, A., Ormeño-Orrillo, E., Gomes Barcellos, F., Martínez, J. et al. (2012). Reclassification of Rhizobium tropici type A strains as Rhizobium leucaenae sp. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 62, 1179–1184. https://doi.org/10.1099/ijs.0.032912-0

Saeki, Y., Shiro, S., Tajima, T., Yamamoto, A., Sameshima-Saito, R., Sato, T. et al. (2013). Mathematical ecology analysis of geographical distribution of soybean-nodulating bradyrhizobia in Japan. Microbes and Environments, 28, 470–478. https://doi.org/10.1264/jsme2.me13079

Sarr, P. S., Yamakawa, T., Fujimoto, S., Saeki, Y., Thao, H. T. B. y Myint, A. K. (2009). Phylogenetic diversity and symbiotic effectiveness of root-nodulating bacteria associated with cowpea in the South-West area of Japan. Microbes Environments, 24, 105–112. https://doi.org/10.1264/jsme2.me08558

Somasegaran, P. y Hoben, H. J. (1985). Methods in legume-rhizobium technology. Paia, Maui, HI: University of Hawaii NifTAL Project and MIRCEN.

Suzuki, Y., Adhikari, D., Itoh, K. y Suyama, K. (2014). Effects of temperature on competition and relative dominance of Bradyrhizobium japonicum and Bradyrhizobium elkanii in the process of soybean nodulation. Plant Soil, 374, 915–924. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1924-5

UICN (Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza). (2012). Directrices para el uso de los Criterios de la Lista Roja de la UICN a nivel regional y nacional: versión 4.0. Gland, Suiza y Cambridge, Reino Unido: UICN.

Versalovic, J., Schneider, M., De Bruijn, F. y Lupski, J. (1994). Genomic fingerprinting of bacteria using repetitive sequence-based polymerase chain reaction. Methods in Molecular and Cellular Biology, 5, 25–40.

Weisburg, W., Barns, S., Pelletier, D. y Lane, D. (1991). 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. Journal of Bacteriology, 173, 697–703. https://doi.org/10.1128/jb.173.2.697-703.1991

Wu, L., Wang, H., Tao-Wang, E., Xin-Chen E. y Fu-Tian, C. (2011). Genetic diversity of nodulating and non-nodulating rhizobia associated with wild soybean (Glycine soja Sieb. & Zucc.) in different ecoregions of China. FEMS Microbiology Ecology, 76, 439–450. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2011.01064.x

Yang, W., Kong, Z., Chen, W. y Wei, G. (2013). Genetic diversity and symbiotic evolution of rhizobia from root nodules of Coronilla varia. Systematic and Applied Microbiology, 36, 49–55. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2012.10.004

Zúñiga-Dávila, D. (2012). Manual de microbiología agrícola, Rhizobium, PGPRs, indicadores de fertilidad e inocuidad. Lima: UNALM.

Descargas

Publicado

2021-04-05

Número

Sección

ECOLOGÍA