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.)

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.

Monitoramento da interação entre rizobactéria RZ2MS16 (Burkholderia ambifaria) promotora de crescimento e bioinoculantes comerciais aplicados nas culturas de soja e milho

As culturas da soja e milho são de grande importância econômica mundial e também para o Brasil, onde a área cultivada com essas duas culturas está estimada em 45.855.900 mil hectares, distribuídas em todos estados produtores conforme suas características. A estimativa da safra mundial de soja em 2015/16 apresentou uma redução na produção global da oleaginosa para 319,0 milhões de ton, volume 1,1 milhão de ton inferior ao levantamento de dezembro de 2015. Ainda assim, trata-se de um volume recorde. Para o milho, a produção global foi de 967,9 milhões de ton, com uma redução no volume de 5,9 milhões de ton em relação ao levantamento realizado em dezembro de 2015. Nessas duas culturas são comumente utilizadas bactérias fixadoras de nitrogênio (BFN), reduzindo ou até mesmo, eliminando a aplicação de adubos nitrogenados. Estudos apontam que a simbiose entre BFN e as culturas soja e milho pode ser otimizada mediante a coinoculação com rizobatérias promotoras de crescimento de plantas (RPCP). Apesar de promissora, o estudo da utilização de BFN em associação com RPCPs é incipiente no Brasil. Assim, o presente trabalho teve como objetivo monitorar, a partir da marcação bacteriana, a interação entre a linhagem de Burkholderia ambifaria (RZ2MS16), uma rizobactéria proveniente do guaranazeiro e previamente descrita como promotora de crescimento em soja e milho e linhagens das espécies Bradyrhizobium japonicum (SEMIA5079), Bradyrhizobium diazoefficiens (SEMIA5080) e Azospirillum brasilense (Ab-v5 e Ab-v6) que são comercialmente utilizadas como bioinoculantes nessas culturas respectivamente. Os efeitos sinergisticos da interação entre RZ2MS16 e bioinoculantes comercias foram avaliados em experimento de casa de vegetação. Também foi avaliado o efeito da coinoculação de bioinculantes com outra rizobactéria proveniente do guaranazeiro, Bacillus sp. (RZ2MS9). As linhagens foram inoculadas separadamente e coinoculadas, sendo melhores resultados observados com a coinoculação das linhagens. As linhagens marcadas com genes de fluorescência selecionadas para estudo de interação foram RZ2MS16, Ab-v5 e SEMIA5080, sendo essa interação observada por microscopia de fluorescência, com também pelo reisolamento das linhagens marcadas. As linhagens RZ2MS16:pNKGFP e Ab-v5: pWM1013 e SEMIA5080:pWM1013 colonizaram todos os nichos avaliados em milho e soja, respectivamente, sendo também caracterizadas como endofíticos. Assim se observa que estudos desta natureza são de grande importância para um melhor entendimento da interação entre bactéria planta e o efeito da coinoculação no melhor desenvolvimento de plantas comercialmente utilizadas.

Primary and secondary metabolites production in signal grass around the year under nitrogen fertilizer

Plants produce a number of substances and products and primary and secondary metabolites (SM) are amongst them with many benefits but limitation as well. Usually, the fodder are not considered toxic to animals or as a source having higher SM. The Brachiaria decumbens has a considerable nutritional value, but it is considered as a toxic grass for causing photosensitization in animals, if the grass is not harvested for more than 30 days or solely. The absence of detailed information in the literature about SM in Brachiaria, metabolites production and its chemical profile enable us to focus not only on the nutritive value but to get answers in all aspects and especially on toxicity. The study was conducted in the period of december 2013 to december 2014; in greenhouse FZEA-USP. B. decumbens was used with two cutting heights (10 and 20 cm) and nitrogen doses (0, 150, 300 and 450 kg ha-1) in complete randomized block design. The bromatological analysis were carried out on near infrared spectroscopy. Generally, the application of 150 kg ha-1 N was sufficient to promote the nutritional value in B. decumbens but above it the nitrogen use efficiency decline significantly. The highest dry matter yield (99.97 g/pot) was observed in autumn and the lowest was in winter (30.20 g/pot). While, as per nitrogen dose the average highest dry matter yield was at 150 kg ha-1 (79.98 g/pot). The highest crude protein was observed in winter (11.88%) and the lowest in autumn (7.78%). By the cutting heights; the 10 cm proved to have high CP (9.51%). In respect of fibrous contents, the highest acid detergent fiber was noted in summer (36.37%) and lowest in winter (30.88%). While the neutral detergent fiber was being highest in autumn and lowest in spring (79.60%). The highest in vitro dry matter and organic matter digestibilities were noted at 300 kg ha-1 N; being 68.06 and 60.57%; respectively; with the lowest observed in without N treatments (62.63% and 57.97), respectively. For determination of the classes, types and concentration of SM in B. decumbens, phytochemical tests, thin layer and liquid chromatography-mass spectrometry and nuclear magnetic resonance analysis were carried out. Height, nitrogen and seasons significantly (P <0.0001) affected the secondary metabolic profile. A new protodioscin isomer (protoneodioscin (25S-)) was identified for first time in B. decumbens and is supposed to be the probable toxicity reason. Its structure was verified by 1D and 2D NMR techniques (1H, 13C) and 1D (COSY-45, edited HSQC, HMBC, H2BC, HSQC -TOCSY, NOESY and 1 H, 1 H, J). All factors influence the metabolic profile significantly (P <0.0001). The lowest phenols were at 300 kg ha-1 while the lowest flavones were at 0 kg ha-1. Season wise the highest phenols occurred in autumn (19.65 mg/g d.wt.) and highest flavones (28.87 mg/g d.wt.) in spring. Seasons effect the saponin production significantly (P <0.0001) and the results showed significant differences in the protodioscin (17.63±4.3 - 22.57±2.2 mg/g d.wt.) and protoneodioscin (23.3±1.2 - 31.07±2.9 mg/g d.wt.) concentrations. The highest protodioscin isomers concentrations were observed in winter and spring and by N doses the highest were noted in 300 kg ha-1. Simply, all factors significantly played their role in varying concentrations of secondary metabolites.