Caracterización de una cepa de Paenibacillus aislada de nódulo de Arachis villosa con potencial como agente de control biológico frente a fitopatógenos

Abstract

Una remarcable característica de las leguminosas es su capacidad de establecer asociaciones simbióticas con un grupo de bacterias conocidas como rizobios, pertenecientes a los órdenes Rhizobiales y Burkholderiales. Como parte de esta simbiosis, estructuras distintivas, llamadas nódulos, son producidas en la raíz (u ocasionalmente en los tallos) de las leguminosas, donde el proceso de fijación biológica de nitrógeno tiene lugar. Durante muchos años, se consideró que los nódulos de leguminosas estaban exclusivamente ocupados por rizobios, pero con el avance de las técnicas moleculares y su reducción en costos, se ha demostrado que los nódulos radiculares también albergan una comunidad diversa de microorganismos. Los principales filos bacterianos que se han encontrado consistentemente como cohabitantes de los nódulos incluyen Actinobacteria, Firmicutes y Proteobacteria, particularmente los géneros Agrobacterium, Arthrobacter, Acinetobacter, Bacillus, Bosea, Enterobacter, Micromonospora, Mycobacterium, Paenibacillus, Pseudomonas y Stenotrophomonas. Si bien el papel de estos cohabitantes de los nódulos es desconocido, se ha observado que algunas cepas poseen actividad de biocontrol contra fitopatógenos, convirtiendo a los nódulos en un nicho interesante y aún poco explorado para la prospección de cepas con actividad biocontroladora. En un trabajo previo de nuestro grupo se realizó un relevamiento de la diversidad de endosimbiontes de leguminosas presentes en el Parque Nacional Esteros de Farrapos e Islas del Río Uruguay. A partir de un nódulo radicular de maní nativo (Arachis villosa) se aisló, además de rizobios del género Bradyrhizobium, una cepa cuyo fenotipo de colonia no coincidía con el de Bradyrhizobium. La cepa, a la que denominamos UY79, se identificó mediante amplificación, secuenciación y análisis del gen que codifica para el ARNr 16S, resultando pertenecer al género Paenibacillus. Este género está reportado como un habitante común en la comunidad bacteriana de los nódulos radiculares. Por otro lado, varias especies de Paenibacillus son capaces de antagonizar hongos y oomycetes fitopatógenos, siendo utilizadas como agentes de control biológico en productos comerciales. Además, se ha reportado que muchas especies del género son promotoras directas del crecimiento vegetal. Considerando estos antecedentes, en este trabajo nos propusimos determinar si la cepa Paenibacillus sp. UY79 tiene potencial como agente de control biológico. Con esta finalidad se evaluó la capacidad antagonista de la cepa UY79 frente a diversos hongos y Oomycetes. Los resultados obtenidos muestran que la cepa tiene un amplio rango de antagonismo siendo capaz de antagonizar a 10 hongos y 2 Oomycetes distintos, actividad ejercida por la producción de compuestos difusibles y compuestos volátiles. Mediante GC/MS identificamos los compuestos volátiles producidos por la cepa UY79, siendo la acetoína, 2,3-butanediol, y 2-methyl-1-butanol posibles candidatos responsables de la actividad antagonista observada. También se evaluó la producción de enzimas hidrolíticas que han sido reportadas como mecanismos de control biológico. Constatamos que la cepa UY79 produce una batería de enzimas hidrolíticas que incluye actividad celulasa, β-glucosidasa, xilanasa y proteasa. Además, es capaz de producir sideróforos, otro posible mecanismo de control biológico de fitopatógenos mediado por competencia por hierro. Se evaluaron características involucradas en la promoción directa del crecimiento vegetal, resultando la cepa UY79 incapaz de solubilizar fosfato y de producir ácido indolacético en ensayos llevados a cabo in vitro. Además, no detectamos la presencia del gen nifH implicado en la fijación biológica del nitrógeno, y la inoculación de plantas de alfalfa con la cepa UY79 no produjo una promoción del crecimiento vegetal. Mediante análisis filogenéticos determinamos que la cepa Paenibacillus sp. UY79 forma parte del complejo Paenibacillus polymyxa integrado por Paenibacillus kribbensis, Paenibacillus peoriae, Paenibacillus ottowii, Paenibacillus terrae, Paenibacillus brasilensis y Paenibacillus polymyxa. Tras secuenciar y anotar el genoma de la cepa UY79 se obtuvo un ‘draft genome’ con una cobertura promedio de 235,7x, un tamaño de 4,9 Mb y un contenido de GC del 46,4% repartidos en 167 contigs, conteniendo 5353 secuencias codificantes. El análisis del genoma entero determinó que la cepa UY79 es una nueva especie de Paenibacillus. Mediante minería del genoma identificamos diversos genes que podrían estar involucrados en la actividad biocontroladora (celulasas, beta-glucosidasas, xilanasas, quitinasas, proteasas, sideróforos, y otros compuestos), así como posibles genes involucrados en la síntesis de los compuestos volátiles identificados por GC/MS. No se encontraron ortólogos a genes involucrados en la fijación biológica de nitrógeno (nifH, anfH, vnfH), ni genes vinculados a la producción de auxinas. En conclusión, identificamos una nueva especie de Paenibacillus endófita de nódulo que pertenece al grupo de P. polymyxa. El amplio espectro de su efecto antagonista, junto con la diversidad de mecanismos posiblemente involucrados, hace de la cepa UY79 un promisorio agente de control biológico contra fitopatógenos.