Isolamento e caracterização de fungos de solo de interesse na promoção de crescimento de plantas

A representatividade da agricultura brasileira é reconhecida mundialmente, especialmente na produção de grãos como a soja, o milho e o feijão. A produtividade nas lavouras, especialmente na última década, tem apresentado crescimento expressivo, entretanto, um dos aspectos negativos associados a esse processo é o aumento concomitante no uso de defensivos e fertilizantes. Atualmente, o tema se tornou uma preocupação de saúde pública e ambiental dada a toxicidade e recalcitrância desses compostos. Dentre formas alternativas ao uso desses insumos o estudo de micro-organismos é promissor, pois eles constituem um grande patrimônio genético que alberga vias metabólicas de grande interesse para diversas atividades humanas, incluindo a agricultura. Os micro-organismos interagem de diversas maneiras com as plantas beneficiando-as e garantindo recursos para si em troca. Eles podem atuar melhorando o aporte de nutrientes, os mecanismos de defesa e de promoção de crescimento em condições de estresse biótico e abiótico. Assim, o presente estudo teve como objetivos o isolamento de fungos a partir de amostras de solo, com enfoque para fungos do gênero Purpureocillium; sua caracterização molecular e de seu potencial de promoção de crescimento de plantas in vitro; e a seleção de linhagens para serem testadas in planta em soja, milho e feijão. O isolamento foi realizado utilizando meios convencionais e seletivos para a obtenção dos fungos. Os isolados tiveram seu DNA extraído e as regiões ITS (Internal Transcribed Spacer) do DNA ribossomal e parte da região codificante da proteína β-tubulina foram sequenciadas. O potencial de promoção de crescimento in vitro foi avaliado mensurando-se a capacidade de solubilização de fósforo e de produção de AIA (ácido indolacético) e de quitinases pelos isolados. Os testes em casa de vegetação foram realizados com isolados selecionados a partir da triagem in vitro, avaliando-se o efeito da inoculação em parâmetros como altura das plantas, massa seca, e teores de fósforo e nitrogênio nas plantas e no solo. De 211 isolados obtidos, 30 foram morfologicamente reconhecidos como Purpureocillium. A análise molecular permitiu a identificação precisa dos isolados como pertencentes às espécies Purpureocillium lilacinum (25 isolados), Purpureocillium lavendulum (4 isolados) e Metarhizium marquandii (1 isolado). A partir dos resultados obtidos para a capacidade de solubilização de fósforo e a produção de AIA e quitinases desses 30 isolados, sete foram selecionados e testados com as três culturas em casa de vegetação. As linhagens foram capazes de alterar positivamente os parâmetros avaliados, incluindo altura das plantas, massa seca e os teores de fósforo e nitrogênio. Pouquíssimos estudos avaliam o efeito da inoculação dessas linhagens em plantas e seu efeito direto na promoção de crescimento, especialmente em aspectos como o aumento dos teores de nitrogênio. Além disso, notou-se que diferentes linhagens se destacaram para cada cultura alterando parâmetros distintos, indicando a existência de especificidade na relação fungo-planta. Estudos aprofundados são necessários, incluindo uma avaliação em campo de sua performance bem como dos aspectos que envolvem sua interação com cada uma das culturas. Entretanto, esse estudo apresenta um caráter inovador frente à possibilidade de aliar o combate a patógenos, comumente descrito para P. lilacinum contra nematoides, à ação de promoção de crescimento. Além disso, P. lavendulum não possui quaisquer relatos associados ao tema em literatura, assim como M. marquandii.

Resumo (inglês)

The representativeness of Brazilian agriculture is worldwide recognized, especially in the grains production such as soybean, maize and beans. Crops' yield, especially in the last decade, has presented significant growth, however, one of the negative aspects associated with this process is the concomitant increase in the use of pesticides and fertilizers. Currently, this issue has become a public health and environmental concern because of the toxicity and recalcitrance of these compounds. Among alternatives to the use of these inputs the study of microorganisms is promising because they constitute a great genetic patrimony, which houses metabolic pathways of great interest for several human activities, including agriculture. Microorganisms are able to interact in different ways with plants benefiting them and ensuring resources for themselves in return. They can act by improving nutrient supply, defense mechanisms and promoting growth under conditions of biotic and abiotic stress. Thus, the present study aimed the isolation of fungi from soil samples, focusing on the search for fungi of the genus Purpureocillium; their molecular characterization and the assessment of their in vitro plant growth promotion potential; and the selection of strains to be tested in planta in soybean, maize and bean. Fungal isolation was performed using conventional and selective media. The isolates had their DNA extracted and the ITS (Internal Transcribed Spacer) region of the ribosomal DNA and part of the coding region of the β-tubulin protein were sequenced. The plant growth promotion potential was assayed in vitro by measuring the phosphorus solubilization ability and the production of IAA (indoleacetic acid) and chitinases by the isolates. Greenhouse tests were performed with strains selected from in vitro screening, evaluating the effect of fungal inoculation on parameters such as plant height, dry mass, and phosphorus and nitrogen content in plants and soil. Among 211 isolates obtained, 30 were morphologically recognized as Purpureocillium. The molecular analysis allowed to identify them as representatives of the species Purpureocillium lilacinum (25 isolates), Purpureocillium lavendulum (4 isolates) and Metarhizium marquandii (1 isolate). From the results obtained for the phosphorus solubilization and the IAA and chitinases production by these 30 strains, seven were selected and tested with the three crops under greenhouse conditions. The strains were able to positively modify the evaluated parameters, including plant height, dry mass and phosphorus and nitrogen contents. Only a few studies evaluate the effect of the inoculation of these strains on plants and their direct effect on growth promotion, especially in aspects such as the increase of nitrogen levels. In addition, different strains stood out with each crop by changing different parameters, indicating the existence of specificity in the fungus-plant relationship. In-depth studies are needed, including a field assessment of their performance as well as aspects involving their interaction with each one of the crops. However, this study presents an innovative character which is the possibility of combining the pathogen control, commonly described for P. lilacinum against nematodes, to the action of growth promotion. In addition, P. lavendulum does not have any reports related to the subject in literature, as well as M. marquandii.