Dinâmica da comunidade bacteriana da rizosfera de trigo durante a infecção por Bipolaris sorokiniana
Carregando...
Data
2020-05-29
Autores
Orientador
Bettiol, Wagner
Coorientador
Pós-graduação
Agronomia (Proteção de Plantas) - FCA
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A comunidade microbiana da rizosfera desempenha várias funções, dentre elas a proteção de plantas. Abordagens sustentáveis vêm sendo exploradas utilizando o uso do microbioma da rizosfera para a proteção de plantas com intuito de reduzir os efeitos deletérios da agricultura intensiva. O objetivo do trabalho foi avaliar a dinâmica da comunidade bacteriana na rizosfera de genótipos de trigo, resistentes e suscetíveis a Bipolaris sorokiniana, fungo causador de podridão das raízes em trigo, ao longo de ciclos sucessivos de cultivo para identificar grupos bacterianos associados à supressão da doença. Esta hipótese foi testada avaliando a dinâmica da comunidade de rizobactérias durante a invasão do fungo B. sorokiniana na rizosfera de genótipos de trigo em monocultivo. Inicialmente foram avaliados 14 genótipos de trigo quanto à resistência ao patógeno. Os dois genótipos que apresentaram maior resistência (Frontana e IAC 5 Maringá) ou maior suscetibilidade (Karakilcik e Guamirim) a B. sorokiniana foram selecionados para avaliar a dinâmica das comunidades bacterianas da rizosfera em condições de plantio sucessivo sob a influência deste patógeno. Para isso, foram realizados cinco ciclos de cultivo dos quatro genótipos de trigo selecionadas em microcosmos. Em todos os ensaios a severidade da doença foi avaliada quatro semanas após a inoculação do patógeno, com auxílio de uma escala diagramática variando de 0 a 3. A comunidade rizobacteriana foi avaliada por meio de sequenciamento do fragmento do gene 16S RNAr e a dinâmica do patógeno foi avaliada utilizando qPCR. Os dados foram explorados por meio de análises multivariadas e de network. De maneira geral, os resultados indicaram aumento da progressão da doença nos genótipos resistentes Frontana e Karakilcik e redução nos níveis das doenças nos genótipos susceptíveis IAC 5 e Guamirim ao longo dos ciclos de cultivo. Separação das comunidades bacterianas durante os ciclos de cultivo para todos os genótipos, bem como entre os genótipos resistentes e suscetíveis foi observada. Ocorreu enriquecimento diferencial das unidades taxonômicas operacionais (OTUs) na rizosfera dos genótipos de trigo mais contrastantes em relação à doença com maior número de táxons exclusivos observados nas plantas suscetíveis (Guamirim), no último ciclo de cultivo. Para estes genótipos, também foram observadas alterações no padrão de co-ocorrência entre os microrganismos. Como prova de conceito, após os cinco ciclos de cultivo, os genótipos mais contrastantes em relação ao progresso da doença (Frontana e Guamirim) foram selecionados para avaliação do efeito protetor da comunidade microbiana. O genótipo com maior índice de severidade da doença (Frontana) foi cultivado no solo previamente enriquecido com a sua própria rizosfera, no solo previamente cultivado como genótipo Guamirim e no bulk soil. Foi observada a redução da severidade da doença (53%) nas plantas do genótipo Frontana (resistente) cultivadas em solo enriquecido com a rizosfera do genótipo Guamirim (suscetível), indicando uma possível indução de supressividade neste solo promovida pelo genótipo susceptível. A análise de network revelou uma mudança na estrutura da comunidade por meio dos ciclos, enriquecendo as famílias bacterianas associadas à proteção das plantas e diferentes funções metabólicas, isto é, Chitinophagacea e Rhodospirillaceae, durante a indução da supressão da doença no solo. Os dados metabolômicos mostraram que, quando a rizosfera é invadida pelo patógeno, em solos cultivados em todos os ciclos, o número e a diversidade de compostos são maiores que na ausência do patógeno. Os resultados em conjunto sugerem que o processo de defesa à doença está correlacionado com o recrutamento de grupos bacterianos específicos na rizosfera desses genótipos. Compreender a reorganização da comunidade bacteriana contra os fitopatógenos pode auxiliar em estratégias de manipulação do microbioma e na seleção de microrganismos chave para melhorar o desempenho das plantas.
Resumo (inglês)
The microbial community of the rhizosphere performs several functions, including plant protection. Sustainable approaches have been explored using the rhizosphere microbiome to protect plants in order to reduce the deleterious effects of intensive agriculture. The objective of this work was to evaluate the dynamic bacterial community in the rhizosphere of wheat genotypes resistant and susceptible to Bipolaris sorokiniana was evaluated along successive cultivation cycles to identify bacterial groups associated with disease suppression. This hypothesis was tested by evaluating the rhizobacteria community dynamics during the invasion of B. sorokiniana fungus in the rhizosphere of monoculture wheat genotypes. Initially, 14 wheat genotypes were evaluated for pathogen resistance. The two genotypes that presented higher resistance (Frontana and IAC 5 Maringá) or greater susceptibility (Karakilcik and Guamirim) to B. sorokiniana were selected to evaluate the dynamics of rhizosphere bacterial communities under successive planting conditions under the influence of this pathogen. For this, five cultivation cycles of the four wheat genotypes selected in microcosms were performed. In all trials, disease severity was assessed four weeks after pathogen inoculation using a diagrammatic scale ranging from 0 to 3. The rhizobacterial community was evaluated by 16S rRNA fragment sequencing and pathogen dynamics was evaluated using qPCR. Data were explored through multivariate and network analysis. Overall, the results indicated increased disease progression in resistant Frontana and Karakilcik genotypes and reduced disease levels in susceptible genotypes IAC 5 and Guamirim over growing cycles. A clear separation of bacterial communities was observed during cultivation cycles for all genotypes as well as between resistant and susceptible genotypes. Differential enrichment of operational taxonomic units (OTUs) occurred in the rhizosphere of the most contrasting wheat genotypes in relation to the disease with the largest number of exclusive taxa observed in susceptible plants (Guamirim) in the last cultivation cycle. For these genotypes, changes in the pattern of co-occurrence between the microorganisms were also observed. As a proof of concept, after the five cultivation cycles, the most contrasting genotypes regarding disease progression (Frontana and Guamirim) were selected to evaluate the protective effect of the microbial community. The genotype with the highest disease severity index (Frontana) was cultivated in soil previously enriched with its own rhizosphere, in soil previously cultivated as Guamirim genotype and in bulk soil. Disease severity reduction (53%) was observed in Frontana (resistant) genotype plants cultivated in soil enriched with the Guamirim (susceptible) rhizosphere, indicating a possible induction of suppressivity in this soil. Network analysis revealed a change in community structure across cycles, enriching bacterial families associated with plant protection and different metabolic functions, ie Chitinophagacea and Rhodospirillaceae, during soil suppression induction. Metabolomic data showed that when the rhizosphere is invaded by the pathogen, in soils cultivated in all cycles, the number and diversity of compounds are higher when compared to other treatments. The results together suggest that the disease defense process is correlated with the recruitment of specific bacterial groups in the rhizosphere of these genotypes. Understanding the reorganization of the bacterial community against phytopathogens can assist in microbiome manipulation strategies and selection of key microorganisms to improve plant performance.
Descrição
Idioma
Português