Estudio de los mecanismos de bioestimulación por bacterias del maíz en Arabidopsis thaliana

Abstract

Bacterial communities are integral to the plant microbiome and reside in the rhizosphere, a soil region influenced by root exudation. Part of the fixed carbon during photosynthesis is transported to the root and secreted in the form of organic compounds that act as chemical attractants, and help establishing symbiotic relationships. Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR; Plant Growth Promoting Rhizobacteria) produce metabolites that stimulate growth and enhance immune responses in vegetables. Although many efforts have been done applying microbes as bioinoculants in many crops, there is limited knowledge about the mechanisms that regulate plant growth promotion under bacterial symbiosis. In this regard, we analyzed and identified molecularly and phenotypically the biostimulation properties of two rhizobacteria isolated from alkaline soil from the rhizosphere of maize crops, typified molecularly as Micrococcus luteus and Bacillus sp. LC390B. Both bacteria showed outstanding growth promoting responses in Arabidopsis seedlings by direct co-cultivation in vitro assays. However, the morphological characteristics of roots exposed to each bacteria varied. M. luteus halted root growth by a mechanism involving auxin signaling that drives root branching and root hair formation, whereas Bacillus sp. LC390B increased foliage and root fresh weight and chlorophyll content through the phytochromes PHYA and PHYB. These results contribute with basic knowledge on plant-microorganism interactions that highlight the probiotic properties of each group for their implementation as biotechnological tools and their application in agricultural and horticultural crop systems.

Las comunidades bacterianas son esenciales en el microbioma vegetal, las cuales residen en la rizosfera, una región del suelo altamente influenciada por exudados radicales a través de una señalización química compleja. Una parte del carbono fijado durante la fotosíntesis es transformado y secretado por la raíz en forma de compuestos orgánicos que actúan como atrayentes químicos, ayudando al establecimiento de relaciones simbióticas. Las Rizobacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (PGPR; Plant Growth Promoting Rhizobacteria) producen metabolitos que estimulan el crecimiento y mejoran las respuestas de inmunidad en las especies vegetales. Aunque el potencial de los microorganismos como bio-inoculantes (formulaciones de microorganismos vivos con propiedades benéficas de fitoestimulación) es altamente promisorio, existen escasos conocimientos sobre los mecanismos que regulan sus interacciones con las plantas. En este trabajo se identificaron molecular y fenotípicamente dos rizobacterias aisladas de la rizosfera del cultivo de maíz en un suelo alcalino, del predio denominado “el Lometón” en el municipio de Tarimbaro, Michoacán, México. La secuencia del ADN que codifica para el ARN ribosomal 16S, posicionó taxonómicamente a dichos aislados como Micrococcus luteus y Bacillus sp. LC390B. Ambas bacterias presentaron respuestas promotoras sobresalientes en la biomasa y el desarrollo de Arabidopsis en ensayos in vitro por contacto directo, aunque su influencia sobre la morfología de la raíz y sus atributos son distintas. M. luteus detiene el crecimiento de la raíz primaria incrementando la respuesta auxínica, y la inducción de la ramificación de raíces laterales y la mayor producción de pelos radicales, mientras que Bacillus incrementó el peso fresco del follaje y de la raíz, así como el contenido de clorofila a través de los fitocromos PHYA y PHYB. Estos resultados contribuyen con conocimiento fundamental en las interacciones planta microorganismo de cada grupo para su implementación como herramientas biotecnológicas y su aplicación en sistemas de cultivos agrícolas y horticulturales.