info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Characterization of rhizospheric bacteria and fungi isolated from a contaminated soil and evaluation of their tolerance-inducing and plant growth-promoting effect under elevated arsenic concentrations
Caracterización de bacterias y hongos rizosféricos aislados de un suelo contaminado y evaluación de su efecto inductor de tolerancia y promoción del crecimiento vegetal bajo concentraciones elevadas de arsénico
Autor
Soto-Perlwitz, Javiera Paz
Institución
Resumen
In Chile, the soils of the coastal area of the Puchuncaví Valley have been affected for decades by emissions from copper smelters, which contain a wide variety of heavy metals and metalloids such as copper, arsenic, lead, zinc, cadmium, among others. As a result of this activity, the ecosystems associated with these soils are severely deteriorated, which is reflected in a landscape with scarce vegetation and erosive processes, the result of pollution that reaches critical levels and where some highly toxic metals and metalloids predominate such as the arsenic. In this type of soil the settlement of plant species is difficult due to its toxicity.
In this Doctoral Thesis, the contribution of rhizospheric microorganisms on tolerance and growth at high concentrations of As in the soil in Triticum aestivum was investigated. The tolerance to As of rhizospheric bacteria and fungi isolated from the soil of the Puchuncaví Valley was evaluated, as well as the production of secondary metabolites in vitro capable of promoting plant growth, such as siderophores, indoleacetic acid, organic acids, ACC deaminase and solubilization of phosphate. The bacteria Pseudomonas gessardii and Brevundimonas intermedia and the fungi Fimetariella rabenhorstii and Hormonema viticola, selected by the level of tolerance to As and production of metabolites, were inoculated to plants of T. aestivum to evaluate their ability to promote plant growth and the expression of genes that code for the synthesis of phytochelatins (PCS), metallothioneins (MT), superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX), related to the defense to metal(loid)s. In addition, the B. intermedia genome was sequence and the relative expression of As resistance genes were studied to better understand As resistance mechanisms and explore their potential role in the transformation of As in soil.
The results obtained indicated that inoculation with P. gessardii plus B. intermedia increased plant biomass and the relative expression of the MT, SOD, APX and, PCS genes. On the other hand, the result of the B. intermedia genome showed several genes related to the ars operon, genes related to metal(loid)s resistance and metal efflux pumps. Real-time PCR showed that the arsB gene, involved in the As efflux, is downregulated, while arsR, arsH and ACR3 showed no differences in the presence of As.
This study provides evidence of the potential of microorganisms to contribute to the restoration of contaminated soils due to reduced stress. En Chile, los suelos de la zona costera del Valle de Puchuncaví han sido afectados por décadas por emisiones derivadas de fundiciones de cobre y termoeléctricas, las que contienen una amplia variedad de metales pesados y metaloides. Como resultado de esta actividad, los ecosistemas asociados a estos suelos se encuentran gravemente deteriorados, lo que se refleja en un paisaje con escasa vegetación y procesos erosivos, producto de una contaminación que alcanza niveles críticos y en donde predominan algunos metales y metaloides altamente tóxicos como el arsénico. En este tipo de suelos se ve dificultado el asentamiento de especies vegetales debido a su toxicidad.
En la presente Tesis Doctoral se investigó la contribución de microorganismos rizosféricos nativos sobre la tolerancia y crecimiento a elevadas concentraciones de arsénico (As) en el suelo en Triticum aestivum. Se evaluó la tolerancia a As de bacterias y hongos rizosféricos aislados desde suelo del Valle de Puchuncaví, como también la producción de metabolitos secundarios in vitro capaces de promover el crecimiento vegetal, tales como sideróforos, ácido indolacético, ácidos orgánicos, actividad ACC deaminasa y solubilización de fosfato. Las bacterias Pseudomonas gessardii y Brevundimonas intermedia y los hongos Fimetariella rabenhorstii y Hormonema viticola, seleccionados por el grado de tolerancia a As y producción de metabolitos, fueron inoculados a plantas de T. aestivum para evaluar su capacidad de promover el crecimiento vegetal y la expresión de genes que codifican para la síntesis de fitoquelatinas (PCS), metalotioneinas (MT), superóxido dismutasa (SOD) y ascorbato peroxidasa (APX), relacionados con la defensa a metales y metaloides. Además, se secuenció el genoma de B. intermedia y la expresión relativa de genes de resistencia a As para comprender mejor los mecanismos de resistencia a As y explorar su potencial rol en la transformación del As en el suelo.
Los resultados obtenidos indicaron que la inoculación con P. gessardii más B. intermedia aumentaron la biomasa de la planta y la expresión relativa de los genes de MT, SOD, APX y PCS. Por otra parte, el análisis del genoma de B. intermedia mostró varios genes relacionados con el operón ars, genes relacionados a la resistencia del metales y metaloides y bombas de flujo de metales. La PCR en tiempo real mostró que el gen arsB, involucrado en el flujo de salida de As, está reprimido, mientras que arsR, arsH y ACR3 no mostraron diferencias en presencia de As.
Este estudio proporciona evidencia del potencial de los microorganismos para contribuir a la restauración de suelos contaminados debido a la disminución del estrés.