Tripartite symbiosis of Sophora tomentosa , rhizobia and arbuscular mycorhizal fungi

Abstract

Sophora tomentosa is a pantropical legume species with potential for recovery of areas degraded by salinization, and for stabilization of sand dunes. However, few studies on this species have been carried out, and none regarding its symbiotic relationship with beneficial soil microorganisms. Therefore, this study aimed to evaluate the diversity of nitrogen-fixing bacteria isolated from nodules of Sophora tomentosa, and to analyze the occurrence of colonization of arbuscular mycorrhizal fungi on the roots of this legume in seafront soil. Thus, seeds, root nodules, and soil from the rhizosphere of Sophora tomentosa were collected. From the soil samples, trap cultures with this species were established to extract spores and to evaluate arbuscular mycorhizal fungi colonization in legume roots, as well as to capture rhizobia. Rhizobia strains were isolated from nodules collected in the field or from the trap cultures. Representative isolates of the groups obtained in the similarity dendrogram, based on phenotypic characteristics, had their 16S rRNA genes sequenced. The legume species showed nodules with indeterminate growth, and reddish color, distributed throughout the root. Fifty-one strains of these nodules were isolated, of which 21 were classified in the genus Bacillus, Brevibacillus, Paenibacillus, Rhizobium and especially Sinorhizobium. Strains closely related to Sinorhizobium adhaerens were the predominant bacteria in nodules. The other genera found, with the exception of Rhizobium, are probably endophytic bacteria in the nodules. Arbuscular mycorrhizal fungi was observed colonizing the roots, but arbuscular mycorhizal fungi spores were not found in the trap cultures. Therefore Sophora tomentosa is associated with both arbuscular mycorhizal fungi and nodulating nitrogen-fixing bacteria.

The nitrogen fixing specie Sophora cassioides (Fabaceae), is nutritionally favored and their rhizosphere bacteria modified when is co-cultivated with the cluster root forming Embothrium coccineum (Proteaceae)

“…Another mechanism of P acquisition is association with AMF, which has been described for several Sophora species (Xu et al, 2012). Additionally, S. tomentosa in Brazil has been shown to be associated with both AMF and nodulating N-fixing bacteria (Toma et al, 2017). Further to this, AMF associations and nodulation have been described in native Chilean Sophora species growing in organic soil in a botanical garden (Zuñiga et al, 1998) but not in volcanic depositions.…”

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

“…Técnicas aplicadas en la investigación agrícola para cuantificar la fijación de nitrógeno: una revisión sistemática Esta variación en el punto de declive que tiende a prolongarse indica que estas técnicas se encuentran en una fase de innovación, que se caracteriza por una curva en la que la mayoría de los datos se agrupan al inicio del modelo, de acuerdo con la interpretación que se le da a la curva en S como herramienta para el análisis del ciclo de vida de un producto. Por esa razón, los esfuerzos de las empresas deben ir encaminados a fortalecer sus técnicas, realizar inversiones masivas para conservar el mercado y mantener su posicionamiento frente a nuevos competidores (Aguilar et al, 2012) (figura 1), de modo que las técnicas utilizadas para cuantificar la fijación de nitrógeno aún no han llegado a un punto de equilibrio durante el tiempo, y la difusión de sus procedimientos se realiza desde los países desarrollados, que es en donde se ostenta su propiedad; sin embargo, las técnicas más aplicadas en los países menos desarrollados corresponden a las más económicas y sencillas por la menor disponibilidad de recursos.…”

“…Fuente: Elaboración propia El modelo de predicción en curvas en S muestra un rápido crecimiento, es decir que las técnicas utilizadas para cuantificar la fijación de nitrógeno se encuentran en pleno desarrollo y es posible que surjan nuevos competidores con novedades en los procesos más económicos y de fácil adopción (Aguilar et al, 2012), debido a que la mayor limitante en su aplicación es el alto costo y la poca adaptabilidad directa en campo. De este modo, los países que usan con mayor frecuencia las técnicas de última generación son los países desarrollados, mientras que en países menos desarrollados como los latinoamericanos siguen implementando las técnicas más antiguas, porque su aplicación está limitada por la tecnología (tabla 2); por ejemplo, Colombia cuenta con una participación de tan solo el 0,68 % a nivel mundial.…”

“…Lo anterior demuestra el creciente interés en la economía del nitrógeno y en determinar los agentes más eficientes en su fijación para reemplazar el uso de productos químicos e innovar con técnicas no destructivas. Se estima que a partir del año 2029 (predicho por el modelo Sigmoidal 3), que es el tiempo más cercano al periodo de análisis de las publicaciones , se pueda presentar un proceso de madurez en su desarrollo, por la cantidad de avances y productos en el mercado, de acuerdo con el ciclo de vida de las tecnologías que se resume en etapa de difusión inicial, etapa de crecimiento temprano, etapa de crecimiento tardío y etapa de conocimiento público (Aguilar et al, 2012).…”

“…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).…”