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Tipo do documento: Tese
Title: Aspectos ecológicos e funcionais do gênero Bradyrhizobium associado com cana-de-açúcar
Other Titles: Ecological and functional study of the association of Bradyrhizobium strains with sugarcane
Authors: Matos, Gustavo Feitosa de
Orientador(a): Baldani, José Ivo
Primeiro coorientador: Rouws, Luc Felicianus Marie
Primeiro membro da banca: Baldani, José Ivo
Segundo membro da banca: Oliveira, André Luiz Martinez de
Terceiro membro da banca: Leite, Jakson
Quarto membro da banca: Damasceno Junior, Pedro Correa
Quinto membro da banca: Pereira, Willian
Keywords: rizóbios;promoção de crescimento;gramíneas;fixação biológica de nitrogênio;genômica;rhizobia;growth promotion;grasses;biological nitrogen fixation;genomics
Área(s) do CNPq: Agronomia
Idioma: por
Issue Date: 29-Mar-2021
Publisher: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UFRRJ
Departamento: Instituto de Agronomia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Fitotecnia
Citation: MATOS, Gustavo Feitosa. Aspectos ecológicos e funcionais do gênero Bradyrhizobium associado com cana-de-açúcar. 2021, 119 f. Tese (Doutorado em Fitotecnia) - Instituto de Agronomia, Departamento de Fitotecnia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2021.
Abstract: Muitas espécies do gênero Bradyrhizobium têm a capacidade de se associar de forma simbiótica com plantas da família Fabaceae (leguminosas), beneficiando o crescimento vegetal pelo processo da fixação biológica de nitrogênio (FBN). Entretanto, o gênero Bradyrhizobium também é encontrado em outros tipos de ambientes, frequentemente em vida livre, como na endosfera e rizosfera de plantas não leguminosas. Na cana-de-açúcar, estudos, por métodos independentes de cultivo, mostraram que o gênero Bradyrhizobium pode ter um papel importante no processo de FBN. A presente tese teve como objetivo compreender melhor as funções e a ecologia de Bradyrhizobium spp. associadas à cana-de-açúcar. A tese contém quatro capítulos de pesquisa. No primeiro, uma coleção diversa de 103 estirpes de Bradyrhizobium spp. de cana é caracterizada por meio de duas técnicas moleculares do tipo fingerprinting, pela análise de sequência do gene housekeeping recA e pela caracterização morfocultural. No segundo capítulo, mediante uma abordagem de genômica comparativa e funcional, investiga-se fatores genéticos (clusters de gene nif) na estirpe recém descrita Bradyrhizobium sacchari, que se mostra atípico pela sua capacidade de fixar nitrogênio de forma mutualista com várias espécies e plantas leguminosas, mas que também apresenta a capacidade de FBN em vida livre. No capítulo III estuda-se o potencial de se usar estirpes de Bradyrhizobium spp. para melhorar o crescimento de plantas de cana-de-açúcar. Esses estudos foram conduzidos primeiramente em condições de casa de vegetação e, em seguida, a nível de campo. O capítulo IV trata de um aspecto mais ecológico e busca avaliar como o histórico recente de cultivo do solo (sem cultivo, com a gramínea braquiária, ou com as leguminosas amendoim e soja) influencia a comunidade bacteriana encontrada na rizosfera de cana-de-açúcar. Os resultados indicaram que há uma diversidade de grupos de bactérias do gênero Bradyrhizobium associados à cana-de-açúcar ainda não explorados. Além disso, a análise conjunta de BOX e ERIC PCR foi capaz de agrupar eficientemente as estirpes com correspondência entre as características fenotípicas e filogenia do gene recA. Revelou-se a situação atípica de que B. sacchari possui dois clusters completos de genes para FBN, designados como simbiótico (SC) e não simbiótico (NSC). Análises de RT-qPCR mostraram que o nível de expressão dos dois genes nifH (redutase da nitrogenase) varia de acordo com as condições ambientais. Ensaios de inoculação em condições de casa de vegetação permitiram a identificação de três estirpes de Bradyrhizobium que afetam de forma positiva aspectos do crescimento vegetal, como tamanho do sistema radicular, conteúdo de clorofila e superfície total de folhas. Ensaios a nível de campo não foram conclusivos, mas indicaram que a inoculação de estirpes de Bradyrhizobium possuem potencial para aumentar a área foliar das plantas durante os primeiros meses de desenvolvimento. Além disso, encontrou-se que o cultivo prévio do solo com amendoim e soja aumentou a abundância de rizobios e de alguns outros gêneros de bactérias promotoras de crescimento na rizosfera de cana-de-açúcar. Desta forma, os resultados apresentados na presente tese representam um avanço na compreensão da funcionalidade, na aplicabilidade e na ecologia de Bradyrhizobium spp. no cultivo de cana-de-açúcar.
Abstract: Many species of the genus Bradyrhizobium have the ability to associate symbiotically with plants of the Fabaceae family (legumes), benefiting plant growth through the process of biological nitrogen fixation (BNF). However, the genus Bradyrhizobium is also found in other types of environments, often in the free-living conditions, such as in the endosphere and rhizosphere of non-legume plants. In sugarcane, independent cultivation methods have shown that the genus Bradyrhizobium can play an important role in the BNF process. This thesis aimed to better understand the functions and ecology of Bradyrhizobium spp. associated with sugarcane. The thesis contains four research chapters. In the first, a diverse collection of 103 strains of Bradyrhizobium spp. From sugarcane is characterized by means of two molecular fingerprinting techniques, by sequence analysis of the recA housekeeping gene and by morphocultural characteristics. In the second chapter, using a comparative and functional genomics approach, we investigate genetic factors (nif gene clusters) in the recently described strain Bradyrhizobium sacchari, which is atypical for its ability to fix nitrogen in a mutualistic way with various species and leguminous plants, but which also has the ability of free-living BNF. In chapter III, it was studied the potential of using strains of Bradyrhizobium spp. to improve the growth of sugarcane plants. These studies were conducted first under greenhouse conditions and then at field level. Chapter IV deals with a more ecological aspect and seeks to assess how the recent history of soil cultivation (uncultivated, with Brachiaria grass, or with leguminous peanuts and soybeans) influences the bacterial community found in the sugarcane rhizosphere. The results indicated that there is a diversity of bacterial groups of the genus Bradyrhizobium associated with sugarcane that have not been explored yet. Furthermore, joint analysis of BOX and ERIC PCR was able to efficiently group the strains with correspondence between the phenotypic characteristics and phylogeny of the recA gene. The atypical situation was revealed that B. sacchari possesses two complete clusters of genes for BNF, designated as symbiotic (SC) and non-symbiotic (NSC). RT-qPCR analysis showed that the expression level of the two nifH genes (nitrogenase reductase) varies according to environmental conditions. Inoculation tests under greenhouse conditions allowed the identification of three Bradyrhizobium strains that positively affect aspects of plant growth, such as root system size, chlorophyll content and total leaf surface. Field-level trials were inconclusive but indicated that inoculation of Bradyrhizobium strains has the potential to increase plant leaf area during the first few months of development. Furthermore, it was found that previous soil cultivation with peanuts and soybeans increased the abundance of rhizobia and some other genera of growth-promoting bacteria in the sugarcane rhizosphere. Thus, the results presented in this thesis represent an advance in the understanding of the functionality, applicability and ecology of Bradyrhizobium spp. in the cultivation of sugar cane.
URI: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/10030
Appears in Collections:Doutorado em Fitotecnia

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