Diversity of diazotrophic bacteria and biological nitrogen fixation in Brazilian Atlantic Rainforest

O presente trabalho estudou as relações entre as taxas de fixação biológica de nitrogênio (FBN), a composição e a diversidade da comunidade de bactérias diazotróficas de vida livre em três compartimentos: solo sob a copa, filosfera e dermosfera de diferentes espécies arbóreas, sendo que dermosfera foi avaliada em apenas duas espécies. As plantas escolhidas foram Euterpe edulis (Palmito juçara) Guapira opposita (Louro-branco) e Merostachys neesii (Bambu) presentes na Floresta Ombrófila Densa (FOD) de terras baixas e montanas do Parque Estadual da Serra do Mar, no Estado de São Paulo Brasil. As taxas de FBN foram estimadas pela técnica de redução de acetileno (ARA) através da relação teórica 3:1, baseada na redução de três moles de acetileno para cada mol de N fixado, e a composição da comunidade bacteriana foi acessada pelo sequenciamento parcial do gene rRNA 16S usando pirossequenciador. Foram encontradas diferenças nas estimativas das taxas de FBN que variaram entre as espécies arbóreas e principalmente entre os substratos. Os testes de comparação de médias indicaram que, nas árvores amostradas, as taxas de FBN aumentaram na ordem: solo sob a projeção da copa, filosfera e dermosfera. A maior FBN foi observada na dermosfera de E. edulis, no PESM-Santa Virginia, durante o verão (630,12±27,28 ng N cm-2 h-1) e a menor FBN no solo de G. opposita PESM-Santa Virginia, também no verão (0,49±0,17 ng N cm-2 h-1). A FBN da serapilheira e do solo não associado com as espécies arbóreas apresentou grande variabilidade espacial nas duas áreas amostradas, mas não apresentou variações sazonais. O pirosequenciamento do gene rRNA 16S mostrou que solo sob a copa, filosfera e dermosfera das espécies arbóreas avaliadas possuem comunidades bacterianas distintas, além destas serem também influenciadas pelo local de amostragem. A comunidade epifítica da dermosfera também foi influenciada pela espécie arbórea. Foram obtidas 423210 sequências que foram agrupadas em 35216 unidades taxonômicas operacionais (UTOs), distribuídas em 32 filos, dentre os quais o mais abundante foi o filo Proteobacteria (36,6%). Dos possíveis diazotróficos observados, o filo Proteobacteria foi dominante nos três compartimentos avaliados, com predomínio da classe Alphaproteobacteria, principalmente na filosfera de M. neesii. A presença de cianobactérias foi maior na dermosfera, e Firmicutes no solo sob a projeção da copa, sugerindo que a comunidade bacteriana é altamente diversificada e tende variar espacialmente.In this study we estimate the relationship between biological nitrogen fixation (BNF) rates and composition and diversity of free-living diazotrophic bacteria in phyllosphere and soil under the canopy of tree species, Euterpe edulis (Juçara palmito), Guapira opposita (\"Louro-branco\"),and Merostachys neesii (Bamboo) in lowland and montane dense ombrophilous forests (DOFs) at the Serra do Mar State Park, Brazil; bark was also evaluated in the first two tree species. BNF rates were estimated by acetylene reduction activity (ARA) using the 3:1 theoretical ratio, based on the reduction of three acetylene moles per each N mole fixed. Bacterial community composition was evaluated by partial 16S rRNA gene sequencing with a pyrosequencer. Analysis of variance showed highly significant estimated for BNF rates, which widely varied between tree species and especially between substrates. Mean comparison tests indicated that higher BNF rates followed the following order: soil under projected canopy, phyllosphere, and bark, respectively. The highest BNF rate was observed in E. edulis bark(630.12±27.28 ng N cm-2 h-1) and the lowest BNF rate in soil under G. opposita canopy (0.49±0.17 ng N cm-2 h-1), both at the PESMSanta Virginia site in the summer. The BNF in leaf litter and soil unassociated with tree species exhibited high spatial variability in two sampling sites, but this does not indicate a temporal trend in higher BNF rates between winter and summer. Pyrosequencing of the rRNA 16S gene showed that each component of the tree species evaluated harbors a distinct bacterial community. In bark, phyllosphere, and soil the under projected canopy of trees sampled, the results demonstrated influence by sampling site. We also observed that there was influence of tree species on the epiphytic community in bark. The 423, 210sequences obtained were grouped into35,216 operational taxonomic units (OTUs), distributed among 32 phyla, with highest abundance of Proteobacteria (36.6%). Between the possible diazotrophs observed, Proteobacteria was dominant among the three components evaluated, with predominance of the class Alphaproteobacteria, especially in M. neesii phyllosphere. The presence of cyanobacteria was higher in bark and Firmicutes in soil under projected canopy of the trees sampled, suggesting that the bacterial community is highly diverse and tends to spatially vary