Aspectos ecológicos e funcionais do gênero Bradyrhizobium associado com cana-de-açúcar

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.