Cultivation of bacteria from the rhizosphere of sugarcane and the interference of the roots exudates on its development

A cana-de-açúcar (S. officinarum) é uma gramínea perene de grande importância na economia brasileira. Devido a isto, estudos relativos ao aprimoramento das condições de cultivo são de grande interesse, podendo ser uma destas bases um melhor conhecimento sobre as comunidades microbianas associadas à cana-de-açúcar. Sabe-se que a rizosfera é um ambiente de íntima interação entre as plantas e seus respectivos microbiomas, sendo esta relação intermediada pela exsudação radicular. Este estudo teve como objetivo realizar o cultivo de bactérias da rizosfera e do solo de cana-de-açúcar, sendo os isolados obtidos posteriormente caracterizados genética (BOX-PCR e sequenciamento parcial do gene 16S rRNA) e metabolicamente (BIOLOG®). Os resultados demonstraram que o número de bactérias cultiváveis na rizosfera é maior comparado ao solo, sendo que dentre os isolados destaca-se a maior afiliação taxonômica ao filo Proteobacteria (principalmente as classes γ-proteobacteria e β- proteobacteria). A análise de BOX-PCR mostrou uma grande diversidade genética, mesmo quando comparados isolados obtidos a partir do mesmo meio de cultivo, ou pertencentes ao mesmo grupo taxonômico. Em contrapartida, a análise de sequenciamento parcial do gene 16S rRNA mostrou que muitos isolados preservam grande similaridade do gene ribossomal analisado. A análise de perfil metabólico corroborou com os dados de BOX-PCR, onde isolados com afiliação taxonômica bastante correlata apresentaram capacidades distintas de utilizar as diversas fontes de carbono avaliadas. Por fim, esta diversidade metabólica se traduziu na obtenção de respostas distintas de isolados pertencentes aos mesmos gêneros bacterianos, isolados do solo ou da rizosfera, quando estes foram cultivados na presença de exsudatos radiculares. De maneira geral, este estudo demonstrou que as plantas de cana-de-açúcar podem influenciar o comportamento das comunidades bacterianas presentes no solo, e indicaram que existe uma grande diversificação dos organismos presentes na rizosfera, sendo a resposta a este ambiente diferenciada de forma independente da afiliação taxonômica dos isolados.The sugarcane plant (S. officinarum) is a perennial gamineous with a great importance for the Brazilian economy. Due to this, studies related to the improvement of cultivation conditions are of great importance, indicating that one of these bases must contribute with the better knowledge about the microbial communities associated with sugarcane. It is known that the rhizosphere is an environment that hosts an intimate interaction between plants and their respective microbiomes, being it mediated by the roots exudates. This study aimed to cultivate bacterial isolates from soil and rhizosphere of sugarcane, followed by the genetic (BOX-PCR and partial sequencing of the 16S rRNA gene) and metabolic (BIOLOG®) characterization of them. Results demonstrated higher numbers of cultivable bacteria in rhizosphere when compared to soil samples, with the prevalent affiliation of the isolates to the phylum Proteobacteria (specially with the classes γ-proteobacteria and β- proteobacteria). The BOX-PCR results showed a great genetic diversity, even when isolates obtained in the same culture medium or affiliated to the same taxa are compared. In counterpart, the analysis of the 16S rRNA gene sequence indicated that several isolates preserve high similarities in the ribosomal gene. The metabolic profiling results corroborated with the BOX-PCR data, which isolates highly correlated in the taxonomical analyses presented distinct capacities to use the carbon sources that were tested. At the end, this metabolic diversity was evidenced by the distinct behavior of isolates belonging to the same genera, isolated from soils or rhizosphere samples as well, when cultivated in the presence of roots exudates. In general, this study demonstrated that sugarcane plants can influence the behavior of bacterial communities present in soils, and indicated a great diversification of organisms present in the rhizosphere being the response to this environment very particular, regardless of the taxonomical affiliation of the isolates