@misc{10481/70168,
year = {2021},
url = {http://hdl.handle.net/10481/70168},
abstract = {La región de la Pampa Deprimida del Salado (PDS) concentra la mitad del stock de bovino
de la provincia de Buenos Aires y se considera la región de cría más importante de la Argentina. No
obstante, aproximadamente el 60% de superficie de esta región está dominada por “suelos bajos”
cuyas características edáficas limitan severamente la producción de pasturas de calidad. En ese
contexto, hay un profundo interés por la búsqueda de alternativas que posibiliten un mejor
aprovechamiento de estos suelos bajos, con el objetivo de incrementar el recurso forrajero y
subsecuentemente, la productividad ganadera. Entre las estrategias propuestas, el uso de leguminosas
nativas o naturalizadas como Lotus tenuis es una de las más destacadas. Esta leguminosa es muy
atractiva por su altísimo valor forrajero y por su adaptación a los diferentes ambientes de la PDS,
incluso a aquellos que representan las zonas más restrictivas como los bajos alcalino-sódicos. No
obstante, la incorporación exitosa a estos últimos está todavía lejos de ser óptima. En respuesta a
esta problemática, en este trabajo de tesis se propuso la búsqueda de bacterias promotoras de
crecimiento vegetal asociadas a L. tenuis, tolerantes a condiciones salino-alcalinas, para el diseño de
bio-formulados como estrategia de mejora para la producción de pasturas en la Pampa Deprimida del
Salado. Para ello, como tema central, se analizaron dos comunidades de bacterias: bacterias
solubilizadoras de fosfato (BSF) y bacterias fijadoras de nitrógeno (BFN).
Se analizó una población de 310 bacterias solubilizadoras de fosfato aisladas de la rizosfera de plantas
de L. tenuis naturalizadas en los suelos bajos alcalino-sódicos de la Pampa Deprimida del Salado, de
la cual más del 95% mostró la capacidad de solubilizar fosfato bajo condiciones salino-alcalinas. De
acuerdo a ello, los aislamientos se cualificaron en 3 grupos fenotípicos, siendo el grupo de bacterias
con capacidad solubilizadora de fosfato de rango amplio (BSFRA) el más promisorio, por su
plasticidad para solubilizar fosfato en diferentes condiciones alcalino-sódicas. Este grupo resultó ser
muy diverso genéticamente, además de estar compuesto exclusivamente por miembros de la familia
Pseudomonadaceae y del orden Enterobacteriales (este último el más dominante), pertenecientes a
al menos 7 géneros bacterianos. El género Pantoea fue uno de los más abundante con 9 cepas
genéticamente diferentes. En base a sus antecedentes en la promoción del crecimiento vegetal y al
criterio de “uso de microorganismos seguros” se selecionaron las cepas de P. eucalypti MA66, P76,
P63, P163 y P173 para estudios comparativos tanto in vitro como en planta. Todas las cepas de P.
eucalypti mostraron atributos PGPR in vitro evidenciando su potencial efecto promotor en plantas.
No obstante, cuando fueron evaluadas en el sistema tripartito Rizobio-PGPR-leguminosa en suelos
alcalino-sódicos, mostraron efectos diferenciales notables en las variables de crecimiento peso seco
total, peso seco de vástago y peso seco de nódulos, así como en la concentración y acumulación de
P, N y Zn. Estos resultados revelaron la fuerte variabilidad intra-especie y la complejidad de las interacciones planta-microorganismo, además de la importancia de la evaluación in planta para la
selección de cepas promisorias para la elaboración de bioformulados.
Simultáneamente se realizó otro análisis de prospección de la comunidad de rizobios
simbiontes asociados a L. tenuis. Con ese fin se analizó una comunidad de 126 rizobios infectivos
que reveló ser genéticamente muy diversa, además de estar dominada –aunque no exclusivamentepor
miembros del género Mesorhizobium; otros miembros de la familia Phyllobacteriaceae
(Aminobacter y Phyllobacterium) también fueron identificados. Mediante la caracterización de la
tolerancia a condiciones salinas y/o alcalinas, se determinó que la comunidad de simbiontes infectivos
es mayoritariamente sensible a estas condiciones in vitro. El mismo patrón de comportamiento se
observó en un sistema in vivo con suelo proveniente de los bajos alcalino-sódicos, aunque este último
no fue tan restrictivo como el primero. La comparación de los resultados obtenidos en ambos sistemas
evidenció la complejidad de los mecanismos de adaptación de los rizobios frente al estrés abiótico
del medio. De toda la comunidad de rizobios infectivos se identificó a las cepas del género
Aminobacter como las más destacadas en cuanto a sus capacidades de adaptación a las condiciones
salino-alcalinas in vitro y en suelo. En base a estos resultados, se utilizó un rizobio del género
Aminobacter tolerante a condiciones alcalino-sódicas para profundizar el conocimiento acerca de sus
mecanismos de tolerancia. Se seleccionó a la cepa Aminobacter sp. BA135 como organismo de
estudio para la identificación de los mecanismos de tolerancia a las condiciones salino-alcalinas.
Mediante mutagénesis aleatoria se identificaron dos grupos de genes involucrados en la respuesta a
salinidad o a salinidad y alcalinidad en simultáneo. Mientras que entre las estrategias de respuesta a
salinidad se hallaron la modificación de la estructura de la pared bacteriana, el uso de osmolitos
compatibles y el control del estrés oxidativo, frente al estrés salino-alcalino, se identificó como
principal estrategia de respuesta la regulación de la homeostasis, seguido de la modulación del
metabolismo de pared bacteriana también y la activación de genes de respuesta al estrés. Además, se
identificó la cobalamina (vitamina B12) como molécula importante para la tolerancia a estrés
alcalino-salino. De manera complementaria, un estudio transcriptómico abundó en el hecho de que
BA135 emplea una variedad de estrategias complejas y coordinadas con el fin de mantener las
funciones centrales y asegurar la viabilidad celular, que incluyen la regulación de la homeostasis,
almacenamiento de fuentes de carbono, control de los niveles de especies reactivas al oxígeno (ROS),
cambios de expresión en los sistemas de transporte de sustratos, optimización de los recursos
energéticos, expresión de genes de respuesta al estrés y la acumulación de osmoprotectores. Este
estudio reveló también una interesante conexión entre la síntesis de metionina dependiente de
cobalamina y el metabolismo del soluto compatible glicina-betaína en condiciones de estrés. Los resultados de esta tesis ponen de manifiesto la composición de las comunidades de BSF y BFN
asociadas a L. tenuis y su potencial para promover el crecimiento y la nutrición mineral en L. tenuis
cuando se utilizan consorcios compatibles, así como los múltiples mecanismos de tolerancia frente al
estrés salino-alcalino por parte del rizobio Aminobacter sp. BA135, que pueden aportar a mejorar la
sobrevida de los microorganismos formulados en los bioinsumos en ambientes restrictivos como los
bajos alcalinos-sódicos.},
abstract = {The Flooding Pampa region contains half of the total cattle stock in the province of Buenos Aires and
is considered the most important breeding region in Argentina. However, approximately 60% of its
surface is dominated by “lowlands” whose edaphic characteristics severely limit the production of
quality pastures. In this context, there is a deep interest in the search for alternatives that allow the
use of these lowlands in order to improve the forage resource as well as the livestock productivity.
Among the strategies that have been proposed, the use of native or naturalized legumes, such as Lotus
tenuis, is one of the most outstanding. This legume is very attractive because of its high forage value
and adaptation to the different Flooding Pampa environments, even those that represent the most
restrictive zones such as the alkaline-sodic lowlands. However, the successful incorporation into the
latter is still far from optimal. In response to this problem, this thesis proposes the search for growthpromoting
bacteria associated with L. tenuis, tolerant to saline-alkaline conditions, for the design of
bio-formulates as a strategy to improve pasture production in the alkaline-sodic lowlands of Flooding
Pampa.
For this purpose, two bacterial communities were analyzed: Phosphate solubilizing bacteria (PSB)
and nitrogen fixing bacteria (NFB). A total of 310 phosphate solubilizing bacteria isolated from the
rhizosphere of L. tenuis plants naturalized from the soils of the alkaline-sodic lowlands was analyzed,
of which more than 95% showed the ability to solubilize phosphate under saline-alkaline conditions.
According to this, the isolates were qualified in 3 phenotypic groups, with the group of bacteria with
broad range phosphate solubilizing ability (BSFRA) being the most promising one due to its plasticity
to solubilize phosphate under different alkaline-sodium conditions. The BSFRA group showed a high
genetic biodiversity composed exclusively of members of the family Pseudomonadaceae and the
order Enterobacteriales (the latter being the most dominant), distributed to, at least, 7 bacterial
genera. The genus Pantoea was the most abundant with 9 genetically different strains. Based on their
plant growth promotion capabilities, in addition to the "use of safe microorganisms" criterion, P.
eucalypti strains MA66, P76, P63, P163 and P173 were selected for both in vitro and in planta
comparative studies. All P. eucalypti strains displayed in vitro PGPR attributes providing evidence
of their potential promoter effect in plants. However, when they were evaluated in the Rhizobia-
PGPR-legume tripartite system in alkaline-sodic soils, they showed remarkable differential effects on
the growth variables such as total, shoot and nodule dry weight, as well as on the concentration and
accumulation of P, N and Zn. These results revealed the strong intra-species variability and the
complexity of plant-microorganism interactions, as well as the importance of in planta evaluation for
the selection of promising strains for the elaboration of bioformulates. Simultaneously, another prospective analysis of the rhizobial symbiont community associated to L.
tenuis was carried out. To this end, a community of 126 infective rhizobia was analyzed and revealed
to be genetically very diverse; in addition to being dominated -although not exclusively- by members
of the genus Mesorhizobium, other members of the Phyllobacteriaceae family (Aminobacter and
Phyllobacterium) were also identified. Through the characterization of tolerance to saline and/or
alkaline conditions, it was found that the community of infective symbionts is mostly sensitive to
such conditions in vitro. The same pattern of behavior was observed in an in vivo system with soil
from alkaline-sodic lowlands, although the latter was not as restrictive as the former. The comparison
of the results obtained in both systems evidenced the complexity of the adaptation mechanisms of
rhizobia to abiotic stress of the environment. Among the whole community of infective rhizobia, the
Aminobacter group was identified as the most outstanding one because its adaptive capabilities to
saline-alkaline conditions both in vitro and soil. From these results, a rhizobial strain of the genus
Aminobacter tolerant to alkaline-sodic conditions was used to deepen the knowledge about its
tolerance mechanisms. Aminobacter sp. BA135 was selected as a model organism for the
identification of tolerance mechanisms to saline-alkaline conditions. Two groups of genes involved
in the response to salinity or salinity and alkalinity simultaneously were identified by random
mutagenesis. While among the strategies of response to salinity were the modification of the bacterial
wall structure, the use of compatible osmolytes and the control of oxidative stress, against salinealkaline
stress, the regulation of homeostasis was identified as the main response strategy, followed
by the modulation of bacterial wall metabolism and the activation of stress response genes. In
addition, cobalamin (vitamin B12) was identified as an important molecule for alkaline-salt stress
tolerance. Complementarily, a transcriptomic study showed that BA135 employs a variety of complex
and coordinated strategies in order to maintain core functions and ensure cell viability, including
regulation of homeostasis, storage of carbon sources, control of reactive oxygen species (ROS) levels,
expression changes in substrate transport systems, optimization of energy resources, expression of
stress response genes, and accumulation of osmoprotectants. This study also revealed an interesting
connection between cobalamin-dependent methionine synthesis and glycine-betaine compatible
solute metabolism under stress conditions.},
organization = {Tesis Univ. Granada.},
organization = {CONICET (Argentina)},
organization = {CSIC},
publisher = {Universidad de Granada},
keywords = {Suelos alcalino-sódicos},
keywords = {Lotus tenuis},
keywords = {Rizobios},
keywords = {Bacterias solubilizadoras de fosfato},
keywords = {Diversidad taxonómica},
keywords = {Biofertilizantes},
keywords = {Forraje},
keywords = {Calidad nutricional},
keywords = {Mutagénesis al azar},
keywords = {RNA-Seq},
keywords = {Mecanismos de tolerancia},
keywords = {Alkaline-sodic soils},
keywords = {Rhizobia},
keywords = {Phosphate solubilizing bacteria},
keywords = {Taxonomic diversity},
keywords = {Biofertilizers},
keywords = {Forage},
keywords = {Nutritional quality},
keywords = {Random mutagenesis},
keywords = {Tolerance mechanisms},
title = {Adaptación de rizobios y bacterias solubilizadoras de fosfato a condiciones salino-alcalinas para el desarrollo de biofertilizantes eficientes para Lotus tenuis e identificación de genes bacterianos implicados en la tolerancia a dicha condición},
author = {Cumpa Velásquez, Liz Marjory S.},
}