Analysis of nifH‐RNA reveals phylotypes related to Geobacter and Cyanobacteria as important functional components of the N₂‐fixing community depending on depth and agricultural use of soil

Abstract

In this survey, a total of 80 787 reads and 28 171 unique NifH protein sequences were retrieved from soil RNA. This dataset extends our knowledge about the structure and diversity of the functional diazotrophic communities in agricultural soils from Argentinean Pampas. Operational taxonomic unit (OTU)‐based analyses showed that nifH phylotypes related to Geobacter and Anaeromyxobacter (44.8%), Rhizobiales (29%), Cyanobacteria (16.7%), and Verrucomicrobiales (8%) are key microbial components of N2 fixation in soils associated with no‐till management and soil depth. In addition, quantification of nifH gene copies related to Geobacter and Cyanobacteria revealed that these groups are abundant in soils under maize–soybean rotation and soybean monoculture, respectively. The correlation of physicochemical soil parameters with the diazotrophic diversity and composition showed that soil stability and organic carbon might contribute to the functional signatures of particular nifH phylotypes in fields under no‐till management. Because crop production relies on soil‐borne microorganism's activities, such as free N2 fixation, the information provided by our study on the diazotrophic population dynamics, associated with the edaphic properties and land‐use practices, represents a major contribution to gain insight into soil biology, in which functionally active components are identified.

Investigación de microorganismos promotores del crecimiento vegetal en cultivos de interés agronómico mediante análisis metagenómico y microbiológico

“…La pirosecuenciación de los amplicones nifH amplificados a partir del ADN extraído de las cuatro muestras de trigo (sitios Ferré y Junín, tratamientos coinoculados y control) resultó en un total de 91860 lecturas. Estas secuencias, fueron procesadas siguiendo el protocolo informático descripto en Capítulo II y previamente aplicado en nuestro laboratorio [120], [121], [289].…”

“…Además, fue conveniente mantener consistencia con estudios previos en nuestro laboratorio en el análisis de las comunidades en suelos de la Provincia de Buenos Aires [120], [121].…”

“…La abundancia de los OTUs de la base de datos presentó una significativa variación entre ellos, pocos OTUs presentaron alta abundancia, sólo el 0.5% de ellos (n=10) superó el número de 200 secuencias por OTU, mientras que el 39% presentaron solo una secuencia (Figura 46). Este tipo de perfil de distribución de abundancias relativas, en el cual se evidencia la predominancia de grupos "raros" fue reportado en diferentes estudios de muestras ambientales analizadas por pirosecuenciación [120], [121], [274], [292]- [294] y pone de manifiesto la capacidad de esta técnica para revelar las especies menos abundantes, que en nuestro análisis conforman más del 90% de la población.…”

“…Asimismo, se debe tener en cuenta que la tecnología de pirosecuenciación presenta sus errores con tasas de hasta el 3% [295]. Teniendo en cuenta estas limitaciones y siguiendo criterios de estudios previos de otros autores y de nuestro laboratorio, decidimos excluir del análisis aquellos OTUs cuya representatividad sea menor a dos secuencias considerando que podrían corresponder a posibles errores de la tecnología utilizada [46], [120], [274], [296], [297].…”

“…Los OTUs mostraron una significativa variación en las abundancias de secuencias, observándose que solo el 1,2% de los OTUs superaron el número de 200 secuencias, 0,6% se encuentran en el rango 100 a 195, 9,2% están en el rango de 10-100 secuencias y más del 89% se encuentran representados por menos de diez secuencias. Este tipo de perfil de distribución en el que la mayoría de las secuencias se concentra en pocos OTUs y la mayor parte de los OTUs presentan pocas secuencias, comúnmente denominados ¨raros¨, fue observado en el análisis de pirosecuenciación de endófitos de trigo descrito anteriormente y reportados en diferentes trabajos de secuenciación masiva con muestras ambientales [120], [121], [292], [293].…”