Caracterización de Actinobacterias de zonas áridas y su efecto promotor de crecimiento en Arabidopsis thaliana y Zea mays

Abstract

La amplia diversidad y distribución bacteriana en los suelos, desempeña papeles esenciales en los ciclos biogeoquímicos y las funciones de los ecosistemas. Las Actinobacterias son una de las bacterias Gram positivas más diversas e importantes en los suelos, y representan del 10 al 33% de la comunidad bacteriana total. Muchos miembros de las Actinobacterias pueden solubilizar fosfatos, fijar nitrógeno y producir diferentes compuestos como sideróforos, fitohormonas y antibióticos. Estas características son deseables en las bacterias promotoras del crecimiento vegetal, debido a que mejoran el desarrollo de las plantas, la fotosíntesis y la tolerancia al estrés biótico y abiótico. El presente trabajo describe la identificación molecular y caracterización de cepas bacterianas pertenecientes a suelos áridos del estado de San Luis Potosí. De estas cepas, se seleccionaron siete para evaluar su efecto sobre la promoción del crecimiento vegetal en Arabidopsis thaliana, determinando principalmente el peso fresco de la raíz y de la roseta. Además, se realizaron pruebas de solubilización de fosfatos para identificar cepas que favorezcan la nutrición vegetal al incrementar la biodisponibilidad del fosfato y pruebas de hemólisis en agar sangre para identificar cepas inocuas para el ser humano, y de esta manera encontrar candidatos que pudieran ser evaluados en una especie de interés comercial. Se eligieron dos cepas bacterianas (Streptomyces ambofaciens y Streptomyces pratensis), que mostraron un efecto positivo en A. thaliana y se caracterizaron con mayor detalle midiendo diferentes parámetros para evaluar el crecimiento y desarrollo. Para indagar en los mecanismos moleculares de promoción de crecimiento vegetal, se evaluaron líneas reporteras de ciclo celular y de respuesta a auxinas. Finalmente, se realizaron pruebas en maíz para evaluar el potencial que tienen las bacterias seleccionadas para ser aplicadas en la agricultura. Las Actinobacterias, S. ambofaciens y S. pratensis estimularon el crecimiento y desarrollo de A. thaliana de manera positiva en diferentes parámetros evaluados (una mayor densidad de raíces laterales, área de roseta, biomasa y número de hojas); además, en Zea mays también se vio estimulado el crecimiento de parte aérea y de raíz. Imágenes de microscopia óptica, mostraron una colonización a lo largo de la raíz, donde se observó una gran cantidad de estructuras miceliales que conviven en armonía con la planta. Ninguna de las bacterias evaluadas tuvo una hemolisis tipo beta, y S. ambofasiens demostró su capacidad de solubilización de fosfatos. Finalmente, las diferentes líneas reporteras indicaron una posible participación de las auxinas en los procesos moleculares que desencadenaron estos efectos positivos.

The wide bacterial diversity and distribution in the soil, plays essential roles in biogeochemical cycles and ecosystem functions. Actinobacteria are one of the most diverse and important Gram positive bacteria in soil, representing 10 to 33% of the total bacterial community. Many members of the Actinobacteria can solubilize phosphates, fix nitrogen, and produce different compounds such as siderophores, phytohormones, and antibiotics. These characteristics are desirable in plant growth-promoting bacteria (PGPR) because they improve plant development, photosynthetic health, and tolerance to biotic and abiotic stress. The present work describes the molecular identification and characterization of bacterial strains belonging to arid soils in the state of San Luis Potosí. Of these strains, 7 were selected to evaluate their effect on the promotion of plant growth in Arabidopsis thaliana, mainly determining the fresh weight of the root and rosette. In addition, phosphate solubilization tests were carried out to identify strains that favor plant nutrition by increasing the bioavailability of phosphate and hemolysis tests on blood agar to identify inoffensive strains for humans, and thus find candidates that could be evaluated in a species of commercial interest. Two bacterial strains (Streptomyces ambofaciens and Streptomyces pratensis), which showed a positive effect on A. thaliana, were chosen and characterized by measuring different parameters to assess growth and development. To investigate the molecular mechanisms of plant growth promotion, cell cycle reporter lines and response to auxins were evaluated. Finally, tests were carried out on corn to evaluate the potential of the selected bacteria to be applied in agriculture. Actinobacteria, S. ambofaciens and S. pratensis stimulated the growth and development of A. thaliana in a positive way in different evaluated parameters (a higher density of lateral roots, rosette area, biomass and number of leaves). Furthermore, in Zea mays the growth of the aerial part and the root was also stimulated. Optical microscopy images showed colonization along the root, where a large number of mycelial structures that coexist in harmony with the plant were observed. None of the bacteria evaluated had a beta-type hemolysis, and S. ambofasiens demonstrated its ability to solubilize phosphates. Finally, the different reporter lines indicated a possible participation of auxins in the molecular processes that triggered these positive effects.