Microflora de la rizósfera de soja en condiciones de alta salinidad: Aislamiento y estudio de cepas de Pseudomonas putida benéficas frente al estrés salino

Abstract

Desde el punto de vista agrícola, las altas concentraciones de sales presentes en el suelo constituyen uno de los grandes desafíos para evitar la pérdida de lotes potencialmente productivos. El estrés salino, además de afectar el crecimiento y rendimiento de los cultivos, ocasiona importantes pérdidas económicas. Las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR, Plant Growth Promoting Rhizobacteria) son bacterias de la rizósfera capaces de ejercer un efecto benéfico en el crecimiento de la planta. El término IST (Induced Sistemic Tolerance) hace referencia a aquellas bacterias promotoras del crecimiento vegetal en condiciones ambientales estresantes.En el presente trabajo se estudió la cepa Pseudomonas putida KT2440, ya que posee diversas características que la convierten en una candidata promisoria para ser empleada como PGPR en cultivos como soja y maíz, en suelos deteriorados por la salinidad. Para identificar los genes y dilucidar los mecanismos involucrados en la tolerancia a la salinidad se generaron bacterias mutantes de KT2440, con el fin de estudiar fenotipos con mayor y menor tolerancia al NaCl.Por un lado, se estudió una mutante de KT2440 generada por transposición al azar, ssm11 (salt sensitive mutant), poco tolerante a la salinidad. Esta mutante tiene interrumpido el gen eptA, el cual está involucrado en la síntesis de lipopolisacáridos (LPS). Además, se determinó que la síntesis de exopolisacáridos (EPS) se halla alterada por efecto de la mutación. Asimismo, ssm11 ejerció un efecto negativo en la promoción del crecimiento en plantas de soja y maíz en suelos salinos, en comparación con la cepa silvestre. Estos resultados sugieren que los LPS y EPS son relevantes en la tolerancia bacteriana a la salinidad y además son componentes claves en la promoción del crecimiento vegetal en condiciones salinas.Por otro lado, mutantes de KT2440 en el gen lapA (afectadas en la formación de biopelículas) fueron aisladas mediante un método de adaptación y selección acelerada en la rizósfera de plantas de soja y maíz en condiciones salinas. Estas bacterias mutantes adaptadas presentaron mayor tolerancia a la salinidad, mayor formación de EPS y promoción del crecimiento en soja y maíz en condiciones salinas. Esta es la primera vez que se reporta un fenotipo de escasa formación de biopelícula como característica deseable en una PGPR.Finalmente, se aislaron bacterias autóctonas de la región de Tucumán. Cepas de P. putida JB 1, 2 y 4 fueron aisladas de la rizósfera de plantas de soja cultivadas en suelo salino y una cepa de P. putida NBRC 3 fue recolectada de suelo con salinidad severa. Se comprobó la presencia de genes homólogos a lapA y lapF en los aislados de P. putida JB. Sin embargo, la cepa P. putida NBRC 3 mostró similitudes con las bacterias mutantes adaptadas ya que carece de genes homólogos a lapA, produce más EPS y promueve el crecimiento de soja en suelo salino.Los resultados obtenidos en este trabajo son un gran aporte al estudio agrobiotecnológico de potenciales PGPR. Su futura aplicación en cultivos de importancia regional podría permitir el uso de suelos actualmente catalogados como no productivos a causa de su elevada salinidad.

From the agricultural point of view, high soil salts concentrations represent one of the greatest challenges to avoid the loss of potentially productive soils. Besides affecting growth and yield of crops, saline stress causes significant economic losses. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are rhizosphere bacteria capable of exerting a beneficial effect on the plant growth. The term IST (Induced Systemic Tolerance) refers to those bacteria capable of promoting plant growth under stressful environmental conditions. In the present work the strain Pseudomonas putida KT2440 was studied, because of the characteristics which makes it a promising candidate to be used as PGPR in crops such as soybean and corn in soils affected by salinity. To identify the genes and elucidate the mechanisms involved in salinity tolerance, KT2440 mutants were generated to study phenotypes with higher and lower tolerance to NaCl. On the one hand, we studied a KT2440 mutant generated by random transposition, ssm11 (salt sensitive mutant), with low tolerance to salinity. This mutant has the eptA gene interrupted, which is involved in the synthesis of lipopolysaccharides (LPS). In addition, it was determined that the synthesis of exopolysaccharides (EPS) was altered by the mutation. Likewise, ssm11 exerted a negative effect on growth promotion in soybean and corn plants in saline soils, compared to the wild type strain. These results suggest that LPS and EPS are relevant in bacterial tolerance to salinity and are also key components in plant growth promotion in saline conditions. On the other hand, KT2440 mutants in lapA gene (affected in biofilm formation) were isolated by an accelerated adaptation and selection method in the rhizosphere of soybean and corn plants in saline conditions. These adapted mutant bacteria showed higher salinity tolerance, more EPS formation and growth promotion in soybean and corn under saline conditions. This is the first time that a deficient biofilm formation phenotype has been reported as a desirable characteristic in a PGPR. Finally, autochthonous bacteria from Tucumán province region were isolated. Strains of P. putida JB 1, 2 y 4 were isolated from the rhizosphere of soybean plants grown in saline soil and a strain of P. putida NBRC 3 was harvested from a highly saline soil. The presence of homologous genes to lapA and lapF in the isolated P. putida JB was confirmed. However, the P. putida NBRC 3 strain showed similarities with the adapted mutant bacteria in the absence of lapA homologous genes, increased EPS production and growth promotion of soybean in saline soil. The results obtained in this work are a great contribution to the agrobiotechnological study of potential PGPR. Their future application in crops of regional importance could allow the use of soils currently cataloged as unproductive due to their high salinity