Dissertação
Avaliação da solubilização de fosfato por rizóbios isolados de leguminosas nativas dos Campos Gerais do Paraná.
Registro en:
NASCIMENTO, Érica. Avaliação da solubilização de fosfato por rizóbios isolados de leguminosas nativas dos Campos Gerais do Paraná. 2022. Dissertação (Mestrado em Biologia Evolutiva) - Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa. 2022.
Autor
Nascimento, Érica
Institución
Resumen
Phosphorus (P) is a limiting nutrient for plant species and, consequently, for the balance
of ecosystems. In the soil, P is found as phosphate ions associated with metals, which
are not susceptible to incorporation by plant species. Phosphate sources can be
bioavailable through phosphate solubilization, a process carried out by specialized
groups of fungi and bacteria. The objective of this study was to evaluate the ability of
phosphate solubilization by rhizobia isolated from root nodules of native leguminous
plants from Campos Gerais, Paraná, Brazil, previously characterized genetically and
physiologically. Initially, forty strains of the genera Paraburkholderia, Rhizobium and
Bradyrhizobium were evaluated, of which fifteen showed solubilization of Ca3(PO4)2 in
solid NBRIP medium. The five strains that showed the highest solubilization indices (IS)
were all from the genus Paraburkholderia, were quantitatively and genetically
characterized for such capacity. These strains had the solubilization of Ca3(PO4)2
quantified in liquid NBRIP presenting from 110.67 to 367.6 mg/L of soluble phosphate
after seven days of incubation, accompanied by progressive acidification of the pH of
the medium. A negative correlation was observed between acidification of the medium
and the amount of P solubilized in liquid medium, unlike IS in solid medium. Due to this
lack of correlation between the solubilization of phosphate in a liquid medium and in a
solid medium, the quantification of the solubilizing capacity in a liquid medium was
carried out for two other phosphate sources, FePO4 and AlPO4, whose tests in solid
medium did not show solubilization on the part of no strain evaluated. These five strains
showed solubilization from both sources when cultivated in liquid medium (1.42 to 4.49
mg/L in NBRIP + FePO4 and from 3.15 to 6.17 mg/L NBRIP + AlPO4). This result
emphasizes the importance of the tests chosen for the selection of strains with the ability
to solubilize phosphate, since, depending on the cultivation conditions and the
phosphate sources used, strains that under other conditions could solubilize phosphate
can be excluded. These five selected Paraburkholderia strains were further cultivated in
NBRIP+Ca3(PO4)2 with different carbon sources, where the best IS were obtained with
glucose in relation to mannitol and sucrose. Aiming at a better understanding of the
genetic determinants of this ability, the sequencing and annotation of the genome of the
strain Paraburkholderia sp. CNPSo 3281 as well as in silico analysis of genes related to
phosphate solubilization of solubilizing species of the genus, including P. nodosa and P.
guartelaensis. There was a relationship between presence/absence of genes and
phylogeny of the evaluated Paraburkholderia. Genes for acid phosphatases were
identified, as well as encoding enzymes active in the production of organic acids, such
as gcd-pqq, for pyrroloquinoline-dependent glucose dehydrogenase, which is involved
in the synthesis of gluconic acid, reported as the main organic acid involved in the
solubilization of phosphate, among others. The presence of these genes may be
associated with the production of organic acids, reductions in the pH values of cultures
of these strains and solubilizing ability. The metabolic versatility of native strains of
Paraburkholderia is highlighted, deserving further studies regarding its implication in the
sustainability of terrestrial ecosystems as well as biotechnological viability. O fósforo (P) é um nutriente limitante para espécies vegetais e consequentemente, para
o equilíbrio de ecossistemas. No solo, o P encontra-se como íons fosfato associados a
metais, que não são passíveis de incorporação pelas espécies vegetais. Fontes de
fosfato podem ser biodisponibilizadas por meio da solubilização de fosfato, processo
realizado por grupos especializados de fungos e bactérias. O objetivo desse estudo foi
avaliar a capacidade de solubilização de fosfatos por rizóbios isolados de nódulos
radiculares de leguminosas nativas dos Campos Gerais do Paraná-Brasil previamente
caracterizados genética e fisiologicamente. Das quarenta estirpes dos gêneros
Paraburkholderia, Rhizobium e Bradyrhizobium avaliadas, quinze apresentaram
solubilização de Ca3(PO4)2 em meio NBRIP sólido. As cinco estirpes que apresentaram
maiores índices de solubilização (IS), pertencem ao gênero Paraburkholderia, e foram
caracterizadas quantitativa e geneticamente quanto à tal capacidade. Essas estirpes
tiveram a solubilização de Ca3(PO4)2 quantificada em NBRIP líquido apresentando de
110,67 a 367,6 mg/L de fosfato solúvel após sete dias de incubação, acompanhada de
acidificação do pH do meio. Observou-se correlação negativa entre acidificação do meio
e quantidade de P solubilizado em meio líquido, diferentemente do IS em meio sólido.
Realizou-se a quantificação da capacidade solubilizadora em meio líquido para outras
duas fontes de fosfato, FePO4 e AlPO4, cujos testes em meio sólido não resultaram em
halos de solubilização. As cinco estirpes apresentaram solubilização das duas fontes
de P em meio líquido (1,42 a 4,49 mg/L em NBRIP + FePO4 e de 3,15 a 6,17 mg/L
NBRIP + AlPO4) e acidificação do meio, resultado que evidencia a importância de
ampliação testes para seleção de estirpes. Avaliou-se também os IS das cinco estirpes
de Paraburkholderia em NBRIP+Ca3(PO4)2 com diferentes fontes de carbono, onde os
maiores índices foram obtidos com glicose em relação ao manitol e sacarose. Visando
uma maior compreensão dos determinantes genéticos da solubilização de fosfato no
gênero Paraburkholderia, foi realizado o sequenciamento e anotação do genoma da
estirpe Paraburkholderia sp. CNPSo 3281 bem como analise in sílico de genes
relacionados à solubilização de fosfato de espécies solubilizadoras do gênero, incluindo
P. nodosa e P. guartelaensis. Verificou-se uma relação entre presença/ausência de
genes e filogenia das Paraburkholderia avaliadas. Foram identificados genes para
fosfatases ácidas, codificadores de enzimas atuantes na produção de ácidos orgânicos,
(como gcd-pqq), para glicose desidrogenase dependente de pirroloquinolina, (que está
envolvida na síntese de ácido gluconico, relatado como o principal ácido orgânico
envolvido na solubilização de fosfato), dentre outros. A presença destes genes pode ter
associação com a produção de ácidos orgânicos, reduções nos valores de pH dos
cultivos destas estirpes e habilidade solubilizadora. A solubilização de fosfato por
bactérias do gênero Paraburkholderia pode estar relacionada a maior tolerância a pH
ácido, considerando a implicação da produção de ácidos orgânicos nesse processo.
Ressalta-se a importância da versatilidade metabólica de estirpes nativas de
Paraburkholderia, sua implicação na sustentabilidade de ecossistemas terrestres,
adaptabilidade de espécies vegetais, bem como, sua potencial viabilidade
biotecnológica.