Investigação sobre o efeito do sistema de cultivo na composição da microbiota da cana-de-açúcar

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Data

2021-02-05

Autores

Carvalho, Lucas Amoroso Lopes de

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

A constante busca por aumento na produtividade da cultura da cana-de-açúcar sob sistema de cultivo convencional leva a um uso excessivo de produtos agroquímicos sintéticos, tais como fertilizantes e pesticidas, os quais podem causar efeitos nocivos à saúde humana e ao meio ambiente. O sistema de cultivo orgânico surge como uma alternativa mais sustentável, com a premissa de redução do uso de tais produtos, preconizando a integração do cultivo com processos biogeoquímicos de ciclagem de nutrientes e estruturação do solo. Nesse sentido, microrganismos associados às plantas possuem um papel de destaque, já que podem influenciar no pleno desenvolvimento vegetal. Contudo, os impactos dos diferentes sistemas de cultivo nos microbiomas associados a cana-de-açúcar permanecem desconhecidos. A fim de identificar alterações da microbiota associada com a cana-de-açúcar sob sistemas contrastantes de cultivo, extraímos e sequenciamos marcadores filogenéticos de bactérias (16S rRNA) e fungos (ITS2) presentes nos diferentes nichos propiciados pela planta. As sequências de boa qualidade foram processadas através do programa DADA2, resultando na obtenção de 12.839 variantes de sequencias bacterianas e 3.222 fúngicas. Os nichos foram o principal fator de determinação das composições das comunidades, contudo, diferenças entre nichos de plantas dos sistemas contrastantes foram identificadas em função dos tratamentos, com o sistema de cultivo convencional apresentando riqueza e diversidade de espécies levemente superior ao orgânico. No total, foram encontrados 389 e 401 táxons diferencialmente abundantes, de bactérias e fungos, respectivamente, entre os sistemas. A avaliação das redes de coocorrência indicam alterações estruturais relacionadas com os sistemas de cultivo, onde as redes do sistema orgânico foram mais coesas, ao passo que as redes do sistema convencional apresentaram maior modularidade. Já a predição funcional revelou enriquecimento de vias metabólicas relacionadas com resistência antimicrobiana, no sistema de cultivo convencional. Nossos resultados evidenciam que as práticas convencionais de manejo podem interferir na estruturação das comunidades microbianas, de modo que elas se apresentam menos coesas, com uma distribuição mais heterogênea e em módulos de acordo com o nicho na planta, apesar de não observarmos um grande impacto na diversidade.
The constant search for an increase in the productivity of the sugarcane crop under a conventional cultivation system leads to excessive use of synthetic agrochemical products, such as fertilizers and pesticides, which can cause harmful effects to human health and the environment. The organic farming system emerges as a more sustainable alternative, with the premise of reducing the use of such products, promoting the integration of cultivation with biogeochemical processes of nutrient cycling and soil structuring. In this sense, microorganisms associated with plants have an outstanding role since they can influence plant development. However, the impacts of different cultivation systems on the microbiomes associated with sugarcane remain unknown. To identify changes in the microbiota associated with sugarcane under contrasting culture systems, we extracted and sequenced phylogenetic markers of bacteria (16S rRNA) and fungi (ITS2) present in the different niches provided by the plant. The sequences were processed using the DADA2 program, resulting in 12,839 variants of bacterial and 3,222 fungal sequences. The niches were the main factor in the composition of the microbial communities; however, differences between plant niches from contrasting systems were identified, with the conventional system presenting a slightly superior species richness and diversity than the organic one. In total, 389 and 401 differentially abundant taxa of bacteria and fungi were found, respectively, between the systems. The evaluation of the co-occurrence networks also indicates structural changes related to the cultivation system where organic networks were more cohesive, and networks of the conventional system were more modular. The functional prediction revealed enrichment of metabolic pathways related to antimicrobial resistance in the conventional culture system. Our results show that conventional management practices can interfere in the structuring of microbial communities so that they are less cohesive, with a more heterogeneous distribution, and in modules accordi

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Palavras-chave

Metataxonômica, Cana-de-açúcar, Sistema de cultivo, Cultivo orgânico, Microbioma vegetal

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