Diversidade de rizóbios associados a Desmodium spp. e outros legumes nativos dos campos sulinos do Rio Grande do Sul - Brasil

Abstract

A importância das leguminosas na produção agrícola tanto para humanos como para a criação de gado é bem conhecida e é, sem dúvida, a razão pela qual temos tantas informações sobre a simbiose entre rizóbios e leguminosas de interesse comercial, como a soja. O resultado dessa parceria é a Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN). Este processo aumenta a quantidade de nitrogênio disponível para a planta associada, aumentando naturalmente o rendimento da produção, evitando perdas monetárias para o produtor e perdas de nitrogênio para o meio ambiente, que potencialmente levam à contaminação e eutrofização de cursos de água. Apesar desse interesse econômico, ainda sabemos pouco sobre o potencial das leguminosas nativas e sobre seus simbiontes. Neste trabalho propusemo-nos a avaliar a diversidade de rizóbios associados a leguminosas nativas dos Campos Sulinos do estado do Rio Grande do Sul, Brasil, e compreender a estrutura filogenética da relação leguminosa-rizóbios ao longo das diferenças climáticas e topográficas da região. Para leguminosas do gênero Desmodium, representantes da fauna nativa, os simbiontes pertencentes ao gênero Bradyrhizobium a elas associados mostraram-se altamente diversificados. Nossos resultados também indicaram a falta de especialização bacteriana em relação aos genes constitutivos (recA, dnaK e atpD) entre diferentes populações de Desmodium, uma vez que muitos filogrupos foram formados por isolados bacterianos de diferentes hospedeiros vegetais. Entretanto, ao analisarmos o gene relacionado à simbiose, nifD, foi possível identificar uma tendência maior à especificidade entre o rizóbio e a planta hospedeira. Além disso, encontramos clados de isolados não agrupados em clados contendo espécies de referência utilizadas nas análises filogenéticas, indicando o potencial para novas espécies de Bradyrhizobium nessas regiões. Estes isolados podem representar espécies recentes, provavelmente originadas nos Neotrópicos. Entre os trezentos e trinta isolados bacterianos provenientes de sessenta e oito espécies vegetais nativas, incluindo as do gênero Desmodium utilizadas no primeiro estudo, foram encontradas linhagens bacterianas com alta identidade com os gêneros Bradyrhizobium, Rhizobium, Azorhyzobium e Burkholderia.

The importance of legumes in agricultural production for both humans and livestock is well known and is undoubtedly the reason why there are so much information on the symbiosis between rhizobia and legumes of commercial interest, such as soybean. The result of this partnership is Biological Nitrogen Fixation (BNF). This process increases the amount of nitrogen available to the associated plant, naturally increasing yields, avoiding monetary losses to the producer and nitrogen losses to the environment, which potentially leads to contamination and eutrophication of water courses. Despite this economic interest, we still know little about the potential of native legumes and their symbionts. In this work we propose to evaluate the diversity of rhizobia associated with native leguminous plants of the Southern Brazilian fields in Rio Grande do Sul state, Brazil, and to understand the phylogenetic structure of the leguminous-rhizobia relationship along the climatic and topographic differences of the region. For the leguminous of the genus Desmodium, representing the native fauna, the associated Bradyrhizobium symbionts were highly diversified. Our results also indicated the lack of bacterial specialization in relation to the constitutive genes (recA, dnaK and atpD) among different populations of Desmodium, since many phylogroups were formed by isolates of different plant hosts. However, when we analyze one gene related to symbiosis, nifD, we were able to identify a greater tendency to specificity between the rhizobia and the host plant. In addition, we found clades of bacterial isolates that did not cluster together with reference species used in phylogenetic analyzes, indicating the potential for new Bradyrhizobium species in these regions. These isolates may represent recent species, probably originating in the Neotropics. Among the three hundred and thirty bacterial isolates from sixty-eight native plant species, including those of the genus Desmodium used in the previous study, we found bacterial strains with high identity with genera Bradyrhizobium, Rhizobium, Azorhyzobium and Burkholderia.