Análise genômica de 94 estirpes bacterianas da Coleção SEMIA isoladas de Phaseolus vulgaris de interesse biotecnológico

Abstract

Brazil is the second-largest producer of common bean (Phaseolus vulgaris L.), a crop essential for global food security, particularly in vulnerable communities. P. vulgaris establishes symbiosis with several rhizobia species, though many of them exhibit low nitrogen fixation (NF) efficiency. Technologies involving plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) have been investigated to reduce fertilizer use and environmental impacts. Rhizobia fix atmospheric nitrogen through root nodules formed on legumes as a result of their symbiotic interaction. The interaction between plant flavonoids and the NodD protein of rhizobia activates essential genes for this symbiosis. Genomic analysis has allowed a reevaluation of rhizobial species and their symbiotic genes, some of which are related to plant-beneficial functions by enhancing nitrogen fixation efficiency and providing protection under stress conditions. We analyzed 94 bacterial strains isolated from root nodules of common bean plants, all belonging to the SEMIA collection, to determine the genomospecies diversity and identify symbiotic genes related to nitrogen fixation and nodulation. We identified 26 species, with Rhizobium being the predominant genus, containing 66 strains distributed across 18 species. The most prevalent species were R. leguminosarum, R. leguminosarum_N, and R. phaseoli, along with other distinct species such as R. lusitanum_B and R. lentis_A. We also confirmed the presence of core plant-beneficial genes, reinforcing the need for ongoing taxonomic reevaluation of species and strains through whole-genome sequencing. The results highlight the need to update the SEMIA collection, which would expand its potential as a basis for the development of inoculant rhizobia and, consequently, its contribution to agricultural sustainability, by reducing the use of nitrogen fertilizers.

O Brasil é o segundo maior produtor mundial de feijão comum (Phaseolus vulgaris L.), grão essencial para a segurança alimentar global, especialmente em comunidades vulneráveis. P. vulgaris forma simbiose com várias espécies de rizóbios, mas muitas delas têm baixa eficiência na fixação de nitrogênio (FBN). Tecnologias com rizobactérias promotoras de crescimento vegetal (PGPR) têm sido estudadas para reduzir o uso de fertilizantes e impactos ambientais. Os rizóbios fixam o nitrogênio atmosférico através de nódulos radiculares formados em leguminosas, consequência de sua interação simbiótica. A interação entre flavonoides das plantas e a proteína NodD dos rizóbios ativa genes essenciais para essa simbiose. A análise genômica tem permitido uma reavaliação das espécies de rizóbios e seus genes simbióticos, tendo alguns deles traços benéficos à planta, ao aprimorar a eficiência da fixação de nitrogênio e fornecer proteção contra ambientes de estresse, por exemplo. Analisamos 94 estirpes bacterianas isoladas de nódulos radiculares de feijão comum pertencentes à coleção SEMIA para determinar a diversidade de genomoespécies e buscar os genes simbióticos relacionados à fixação de nitrogênio e nodulação. Identificamos 26 espécies, sendo Rhizobium o gênero predominante, apresentando 66 estirpes distribuídas em 18 espécies. Entre as mais prevalentes, destacaram-se R. leguminosarum, R. leguminosarum_N e R. phaseoli, além de outras espécies, como R. lusitanum_B e R. lentis_A. Também confirmamos a presença de genes benéficos para as plantas, reforçando a necessidade de reavaliação taxonômica contínua de espécies e estirpes por meio do sequenciamento de genoma completo. Os resultados obtidos destacam a necessidade de se atualizar a coleção SEMIA, o que ampliaria seu potencial como base para o desenvolvimento de rizóbios inoculantes e, consequentemente, sua contribuição na sustentabilidade agrícola, ao proporcionar a redução do uso de fertilizantes nitrogenados.