Genomic identification and characterization of the elite strains Bradyrhizobium yuanmingense BR 3267 and Bradyrhizobium pachyrhizi BR 3262 recommended for cowpea inoculation in Brazil

Abstract

The leguminous inoculation with nodule-inducing bacteria that perform biological nitrogen fixation is a good example of an “eco-friendly agricultural practice”. Bradyrhizobium strains BR 3267 and BR 3262 are recommended for cowpea (Vigna unguiculata) inoculation in Brazil and showed remarkable responses; nevertheless neither strain was characterized at species level, which is our goal in the present work using a polyphasic approach. The strains presented the typical phenotype of Bradyrhizobium with a slow growth and a white colony on yeast extract-mannitol medium. Strain BR 3267 was more versatile in its use of carbon sources compared to BR 3262. The fatty acid composition of BR 3267 was similar to the type strain of Bradyrhizobium yuanmingense; while BR 3262 was similar to Bradyrhizobium elkanii and Bradyrhizobium pachyrhizi. Phylogenetic analyses based on 16S rRNA and three housekeeping genes placed both strains within the genus Bradyrhizobium: strain BR 3267 was closest to B. yuanmingense and BR 3262 to B. pachyrhizi. Genome average nucleotide identity and DNA–DNA reassociation confirmed the genomic identification of B. yuanmingense BR 3267 and B. pachyrhizi BR 3262. The nodC and nifH gene analyses showed that strains BR 3267 and BR 3262 hold divergent symbiotic genes. In summary, the results indicate that cowpea can establish effective symbiosis with divergent bradyrhizobia isolated from Brazilian soils.

Selection of elite Bradyrhizobium strains by biometric techniques for inoculation in cowpea

“…This explanation applies to adaptation of the S1 strain (UFLA 03-84) to the E5 environment (Lavras), with pH and Al 3+ saturation equivalent to those of the environment from which this strain was isolated (pH 6.1; m% = 0) (Soares et al, 2014). Coming from the semi-arid Northeast region (Leite et al, 2017;Martins, Rumjanek, & Neves, 1997, 2003, where the main limitation is water supply, S2 (BR3267) found better conditions for establishing itself and for BNF in the E1 environment (Lavras), which had greatest rainfall restriction ( Figure 1) and was not irrigated.…”

“…The S1 (UFLA 03-84), S2 (BR3267), and S3 (INPA 03-11B) strains, classified as Bradyrhizobium viridifuturi (Costa et al, 2019), Bradyrhizobium yuanmingense (Leite et al, 2017), and Bradyrhizobium elkanii (Guimarães et al, 2015), respectively, are N 2 -fixing bacteria currently approved by MAPA as inoculants for cowpea. The S4 (UFLA 03-153) and S5 (UFLA 03-164) strains, recently classified as Bradyrhizobium uaiense (Michel et al, 2020), are in the selection phase and are from the Biology, Microbiology, and Biological Processes Sector of the Universidade Federal de Lavras.…”

Genome-based reclassification of Azospirillum brasilense Sp245 as the type strain of Azospirillum baldaniorum sp. nov

“…The genomic DNA was extracted using the Bacterial Genomic DNA Isolation Kit (Wizard; Promega) with a few modifications [18]. The 16S rRNA gene was PCR-amplified using common universal primers (27F/1492R) and sequenced by Sanger’s dideoxy DNA sequencing method.…”

Técnicas aplicadas en la investigación agrícola para cuantificar la fijación de nitrógeno: una revisión sistemática

“…Los genes nifH se encuentran diversificados y su transcripción está controlada por la ARN polimerasa, que es una holoenzima alternativa, y también necesita una proteína activadora nifA (Satyanarayana, Krishna, Pavan, & Jeereddy, 2018). Otros genes identificados por PCR son 16S rRNA (Akemi et al, 2017;Jaiswal, Msimbira, & Dakora, 2017;Tahon & Willems, 2017), porque permite una clasificación filogenética más detallada a nivel de especie (Osei, Abaidoo, Ahiabor, & Boddey, 2018;Ribeiro et al, 2018), genes rec A, atpD, gln II y nod C con análisis de secuencia multilocus (MLSA) (Leite et al, 2017;Mwenda, Hara, De Meyer, Howieson, & Terpolilli, 2018;Rigonato et al, 2017). Con esta técnica, se ha logrado identificar el gen nifH en géneros Paenibacillus, Enterobacter, Klebsiella y Pantoea (Ndungu et al, 2018), que no son reconocidos por fijar nitrógeno, de modo que es posible que hayan obtenido la capacidad de fijación de nitrógeno a través de la transferencia lateral de genes; sin embargo, las fuerzas evolutivas de la transferencia lateral de genes no son bien conocidas (Khalifa & AlMalki, 2018).…”

“…Aunque es una técnica específica, es necesario que cuando se utilice se haga la caracterización morfológica y bioquímica de los microorganismos (Liu et al, 2017). Tiene las siguientes ventajas: 1) permite la caracterización ampliada de los microorganismos Técnicas aplicadas en la investigación agrícola para cuantificar la fijación de nitrógeno: una revisión sistemática Gestión y sostenibilidad ambiental e1342 a partir de la identificación del gen nifH; 2) es una prueba rápida y se pueden utilizar kits de extracción de ADN para agilizar el procedimiento, y 3) es altamente sensible en la detección del gel nifH (Leite et al, 2017). Sin embargo, algunas limitantes de la técnica son las siguientes: 1) alto costo en el procedimiento; 2) la calidad de la plantilla del cebador determina la sensibilidad y amplificación confiable del ADN, por lo que se requiere corroborar el estado del material genético por electroforesis, y 3) no admite ningún grado de contaminación tanto en el procedimiento como en los reactivos (Tahon & Willems, 2017).…”