Impacto de la rizobacteria Pseudomonas fluorescens UM270 en el crecimiento, producciín y modulaciín del microbioma endofítico de Zea mays en un sistema milpa

Abstract

The milpa, a Mesoamerican agroecological polyculture, has largely been replaced by monocultures of hybrid Zea mays, which face productivity limitations due to biotic and abiotic factors. A promising strategy to mitigate these issues is the use of plant growth-promoting bacteria (PGPB). This study evaluated the impact of inoculation with Pseudomonas fluorescens UM270 on the growth and production of Z. mays within a milpa system, associated with Phaseolus vulgaris and Cucurbita pepo, as well as its effect on the root endophytic microbiome. Experiments were conducted in which Z. mays was inoculated with the UM270 strain in different milpa configurations, analyzing phytometric parameters, Z. mays production, and grain chemical composition. Additionally, an endophytic microbiome analysis was performed using 16S rRNA and ITS sequencing on the Illumina platform. The results showed that UM270 improved Z. mays growth by increasing chlorophyll concentration, height, biomass, and root development. The combination of UM270 with diammonium phosphate (DAP) fertilizer increased plant and grain weight by over 40% in monoculture and over 50% in the milpa during the 2021 and 2023 agricultural cycles. Nitrogen and phosphorus levels in Zea mays grains also increased, as did potassium and calcium concentrations when combined with DAP. Furthermore, inoculation altered the root endophytic microbiome. In monoculture, it promoted the abundance of Burkholderia and Pseudomonas, while in the Mesoamerican triad, it favored genera such as Variovorax and nitrogen-fixing rhizobia. These findings highlight the potential of P. fluorescens UM270 as a biotechnological tool to enhance Z. mays yield in the milpa, optimize its microbiome, and benefit associated crops, promoting agricultural sustainability.

La milpa, un policultivo agroecolígico mesoamericano, ha sido reemplazada en gran parte por monocultivos de Zea mays híbrido, los cuales enfrentan limitaciones productivas debido a factores biíticos y abiíticos. Una estrategia prometedora para mitigar estos problemas es el uso de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV). En este estudio, se evaluí el impacto de la inoculaciín con Pseudomonas fluorescens UM270 en el crecimiento y producciín de Z. mays dentro de un sistema milpa, asociado con Phaseolus vulgaris y Cucurbita pepo, además de su efecto en el microbioma endofítico radicular. Se llevaron a cabo experimentos donde Z. mays fue inoculado con la cepa UM270 en distintas configuraciones del sistema milpa, analizando parámetros fitométricos, producciín de Z. mays y composiciín química del grano. Además, se realizí un análisis del microbioma endofítico mediante secuenciaciín de 16S rRNA e ITS en la plataforma Illumina. Los resultados mostraron que UM270 mejorí el crecimiento del Z. mays, aumentando la concentraciín de clorofila, altura, biomasa y desarrollo radicular. La combinaciín de UM270 con fertilizante fosfato diamínico (DAP) incrementí el peso de plantas y del grano en más del 40% en monocultivo y más del 50% en la milpa durante los ciclos agrícolas 2021 y 2023. También se observaron aumentos en los niveles de nitrígeno y físforo en el grano, así como en potasio y calcio cuando se combiní con DAP. Además, la inoculaciín modificí el microbioma endofítico radicular. En monocultivo promovií la abundancia de Burkholderia y Pseudomonas, mientras que en la triada mesoamericana favorecií géneros como Variovorax y rizobios fijadores de nitrígeno. Estos hallazgos resaltan el potencial de P. fluorescens UM270 como una herramienta biotecnolígica para mejorar el rendimiento de Z. mays en la milpa, optimizar su microbioma y beneficiar a cultivos asociados, promoviendo la sostenibilidad agrícola.