Diversity of nitrogen-fixing and phosphorus-solubilizing bacteria associated with the rhizosphere of Andean maize in Ecuador

Abstract

A great diversity of microorganisms in the soil plays an important role in the sustainability of agricultural production systems. Among these microorganisms are bacteria that have the ability to fix atmospheric nitrogen or mineralize phosphorus, thus making it easily assimilable for plants. Maize is the main crop in the highlands of Ecuador (above 2000 meters) and it is predominantly traditional, using native seeds and very little or no agrochemicals. The National Institute of Agricultural Research (INIAP) has a collection of bacteria collected from the rhizosphere of maize in the highlands of Ecuador that has not been taxonomically identified. This research aimed to carry out a biochemical and genetic characterization to establish the identity of the collected nitrogen-fixing and phosphorus-solubilizing bacteria and to understand better the diversity of microorganisms present in the root biome of Andean maize. The hypothesis consisted of determining if there is a difference in the bacteria associated with the rhizosphere of maize in the Andean region of Ecuador compared with other regions. The bacteria underwent classical biochemical characterization based on catalase, oxidase, urease, sulfates, indole, sulfate-indole motility (SIM), and lactose, among others, and genetic identification by 16S rDNA ribosomal gene sequencing, PCR, and SANGER sequencing. A great diversity of microorganisms associated with the rhizosphere of the crop was found, including the genera Agrobacterium, Bacillus, Stenotrophomonas, Acinetobacter, Brevundimonas, Pseudomonas, and Pseudoxanthomonas. INIAP conserves these bacteria in a bank of microorganisms associated with crops of economic importance. They are useful for the development of biofertilizers that could contribute to a more sustainable agriculture in the region.

Alternate abstract:

Existe uma grande diversidade de microrganismos no solo que desempenham um papel importante na sustentabilidade dos sistemas de produção agrícola. Um grupo deles pertence a bactérias que fixam o nitrogênio atmosférico ou mineralizam o fósforo tornando-o assimilável pelas plantas. O milho é a principal cultura por extensão nas terras altas do Equador (altitude superior a 2.000 m acima do nível do mar) e quase todo o seu cultivo é feito de forma tradicional, com sementes nativas e com muito pouco ou nenhum uso de agroquímicos. O Instituto Nacional de Pesquisa Agropecuária (INIAP) possui uma coleção de bactérias coletadas da rizosfera do milho nas terras altas do Equador que não possuem uma identificação taxonômica conclusiva. O objetivo desta pesquisa foi realizar uma caracterização bioquímica e genética para identificar a identidade das bactérias fixadoras de nitrogênio e solubilizadoras de fósforo coletadas, a fim de conhecer e entender melhor a diversidade de microrganismos presentes no bioma raiz do milho andino. A hipótese consistia em determinar se existe diferença nas bactérias associadas à rizosfera do milho na região andina do Equador, em comparação com outras regiões. As bactérias passaram por uma caracterização bioquímica clássica baseada em catalase, oxidase, urease, sulfatos, indol, motilidade indol sulfato (SIM), lactose, entre outros, e identificação genética através do sequenciamento do gene ribossomal 16S rDNA, por PCR e sequenciamento SANGER. Uma grande diversidade de microrganismos associados à rizosfera da cultura foi encontrada, incluindo os gêneros Agrobacterium, Bacillus, Stenotrophomonas, Acinetobacter, Brevundimonas, Pseudomonas e Pseudoxanthomonas. Estas bactérias são conservadas pelo INIAP num banco de microrganismos associados a culturas de importância económica, sendo úteis para o desenvolvimento de biofertilizantes que possam contribuir para uma agricultura mais sustentável na região.