Caracterização fisiológica e do perfil de expressão gênica do transporte de nitrogênio em genótipos contrastantes para processo de fixação biológica de N2 de cana-de-açúcar (Saccharum spp.)

• Main Author: Layanne Batista Souza
• Other Authors: Antonio Vargas de Oliveira Figueira
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2016
• Subjects: Absorção de N; Interação planta microrganismo; Metagenoma; Novos métodos de sequenciamento; Transportadores de membrana; Membrane transporter; Metagenome; N uptake; New sequencing methods; Plant-microorganism interaction
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-03052016-193905/

A cana-de-açúcar é uma cultura agrícola de grande importância econômica para o Brasil, e a expansão de seu cultivo para solos marginais requer uma maior utilização de fertilizantes à base de nitrogênio (N). Na maioria dos países produtores, a adubação nitrogenada se baseia em altas doses de aplicação, enquanto, no Brasil, o seu uso é relativamente baixo devido, em parte, ao processo de fixação biológica de nitrogênio (FBN) pela ação de bactérias diazotróficas. Além da FBN, as plantas adquirem fontes de N, como amônio e nitrato, por meio de transportadores de membranas localizados nas raízes. Há evidências que a associação com microrganismos pode favorecer as plantas por meio da regulação dos genes de transportadores de N. Desta forma, este trabalho teve como objetivo caracterizar o transporte de amônio e nitrato, avaliando a expressão gênica dos principais transportadores de N em cana-de-açúcar cultivada in vitro sob o efeito da associação com bactérias diazotróficas. Também foi descrita a comunidade bacteriana de plântulas in vitro, bem como o efeito da fertilização com N e da inoculação com bactérias diazotróficas em plantas maduras. Plântulas de \'SP70- 1143\' e \'Chunee\', que contrastam para FBN, foram empregadas em ensaios in vitro sob diversas concentrações e fontes de N em associação ou não com uma estirpe de Gluconacetobacter diazotrophicus ou um mistura de bactérias diazotróficas (G. diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, H. rubrisubalbicans, Azospirillum amazonense e Burkholderia tropica). A caracterização do transporte de N por meio de ensaios de absorção de nitrato e amônio marcados (15N) revelou que a interação entre cana-de-açúcar x G. diazotrophicus induziu a expressão do gene do transportador de nitrato ScNRT2.1, o que levou a uma tendência no aumento no influxo de nitrato, assim como dos genes de transportadores de amônio ScAMT1.1 e ScAMT1.3, resultando em maiores influxos de amônio apenas para a cultivar \'SP70- 1143\'. Já a associação da cana-de-açúcar com a mistura de bactérias diazotróficas revelou que somente houve indução transcricional de ScAMT1.1, o que resultou na maior absorção de amônio em \'SP70-1143\'. Por sua vez, quando analisada a interação in vitro por 30 dias, a presença da bactéria, apesar de transiente, possivelmente favoreceu a expressão dos genes de transportadores de nitrato ScNRT1.1 e ScNRT2.1, e do transportador de amônio ScAMT1.1, resultando no maior acúmulo de 15N-nitrato de amônio nas plantas de \'SP70-1143\'. Foi detectada uma comunidade bacteriana associada a plântulas micropropagadas, a qual é distinta entre os genótipos \'SP70-1143\' e \'Chunee\' e se altera com a inoculação com G. diazotrophicus. Para as plantas cultivadas em campo, a comunidade bacteriana existente foi alterada pela fertilização de N, mas não pela inoculação com diazotróficas. Portanto, a inoculação com bactérias diazotróficas parece induzir a expressão dos principais genes transportadores de amônio e nitrato em plântulas do genótipo \'SP70-1143\' resultando na maior absorção de fontes inorgânicas de N. === Sugarcane has a large economic importance to Brazil, and it\'s the expansion of cultivation to marginal soils requires a larger application of nitrogen fertilizers (N) to maintain yield. In most producing countries, N fertilization is based on high application rates, whereas in Brazil N fertilization is relatively low, possibly due in part, to the process of biological nitrogen fixation (BNF). In addition, plants acquire inorganic N sources from the soil by membrane transporters that may be regulated by association with microorganisms. This study aimed to characterize the ammonium and nitrate transport evaluating the gene expression profile of the major transporters grown in vitro in association with diazotrophic bacteria. It was also described the bacterial community in micropropagated plants, as well as the effect of N fertilization or inoculation with nitrogen fixing bacteria in mature plants. \'SP70-1143\' and \'Chunee\' which contrasted to BNF, were used in in vitro experiments in several concentrations and N source, in association or not with a strain of Gluconacetobacter diazotrophicus or a bacteria mixture (G. diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, H. rubrisubalbicans, Azospirillum amazonense and Burkholderia tropica). The characterization of the N transport by uptake assays with 15N-labeled ammonium and nitrate, revealed that the interaction between sugarcane x G. diazotrophicus induced, the nitrate transporter gene ScNRT2.1 expression, which lead to trend to increase nitrate influx, as well as the ammonium transporter genes ScAMT1.1 and ScAMT1.3, resulting in higher ammonium influx in \'SP70-1143\'. Sugarcane associated with the bacterial mixture revealed a transcriptional induction of ScAMT1.1 resulting in larger ammonium acquisition in \'SP70-1143\'. Further, the presence of bacteria in vitro for 30 days, although transient, possibly favored the expression of nitrate transporters ScNRT1.1 and ScNRT2.1, and the ammonium transporter ScAMT1.1, resulting in accumulation of 15N-ammonium nitrate in \'SP70-1143\'. A bacterial community associated with in vitro plants of \'SP70-1143\' and \'Chunee\' was detected with different composition between genotypes, and which changed with artificial inoculation. For plants grown in the field, the bacterial community was affected by N fertilization but not by inoculation with diazotrophic. These results indicate that the inoculation with diazotrophic bacteria appears to induce the expression of the major ammonium and nitrate transporters genes in \'SP70-1143\' plants resulting in higher uptake of inorganic N sources.