XXVIII Foro INIA de Colaboración Público-PrivadaAño Internacional de las Legumbres

“Leguminosas: Producción y consumo.Una revolución pendiente”

Co-evolución de leguminosas y microorganismos:¿selección natural para la mejora vegetal?”

Eulogio J. Bedmar

Departamento de Microbiología del Suelo y Sistemas Simbióticos

Estación Experimental del Zaidín, CSIC, Granada

Madrid, 15 de marzo de 2016

NO3-

-3 -2 -1 0 + 1 + 2 + 3 +4 +5

Compuestos orgánicos nitrogenados: aminoácidos, proteínas, etc

Desnitrificación

NH4+

N2

Fijación de N2

Nitrificación

Asimilación de amonio

Ciclo del N

Asimilación de nitratoMineralización

LA FIJACIÓN DE N2 SE LLEVA A CABOPOR BACTERIAS DIAZOTRÓFICAS

Bacterias en vida libreSuelos

Aguas

Sedimentos

Atmósfera

Bacterias asociadas a las raíces/endofitosMaíz

Caña de azúcar

Cebada

Trigo

etc.

Azospirillum

Azoarcus

Gluconacetobacter

Herbaspirillum

Azotobacter

Pseudomonas

BACTERIAS ENDOSIMBIÓTICAS

SIMBIOSIS RIZOBIO/LEGUMINOSA

SIMBIOSIS ACTINOBACTERIAS/PLANTAS NO LEGUMINIOSAS

SE CARACTERIZAN POR LA FORMACIÓN DE NÓDULOS DONDE SE LLEVA A CABO LA FIJACIÓN DEL NITRÓGENO ATMOSFÉRICO.

DESDE LOS NÓDULOS EL AMONIO FORMADOSE TRANSFIERE A LA PLANTA

¿Por qué las

leguminosas y no

otras plantas?

Co-evolución leguminosa-rizobio desdehace 50 millones de años

En 1888, Beijerinck fue el primero enaislar un microorganismo responsablede la formación de nódulos y de latransformación del nitrógeno del airecontenido en los poros del terreno.

“Bacillus radicicola ”

El primer rizobio

Rhizobium leguminosarum (1889) Frank

R. leguminosarum (1889)R. phaseoli (1926)R. trifolii (1926)R. meliloti (1926)

R. lupini (1931)

Agrobacterium en NicotianaRhizobium en Phaseolus

La primera etapa

Bradyrhizobium (1982)

R. leguminosarum (1889)

R. phaseoli (1926)R. trifolii (1926)R. meliloti (1926)R. japonicum (1926)

R. lupini (1931)

Rhizobium (1889)

R. loti (1982)

B. japonicum

Phyllobacterium (1984)

P. myrsinacearum (1984)

P. rubiacearum (1984)

Descubrimiento de nuevas especies

Nuevas especies de rizobios

Rhizobium (1889)

R. leguminosarum (1889)

R. lupini (1931)

Bradyrhizobium (1982) B. japonicum

R. loti (1982)

S. meliloti

S. fredii (1988)

S. xinjiangensis (1988)

A. caulinodans (1988)

R. galegae (1989)

R. huakuii (1991)

B. elkanii (1992)

R. etli (1993)

S. saheli (1994)

S. teranga (1994)

S. medicae (1996)

R. tianshanense (1995)

B. liaoningense (1995)

R. mediterraneum (1995)R. ciceri (1994)Azorhizobium (1988)

Sinorhizobium (1988)

Rhizobium (1889)

R. leguminosarum (1889)

Bradyrhizobium (1982) B. japonicum

Sinorhizobium (1988)S. melilotiS. fredii (1988)S. xinjiangensis (1988)

A. caulinodans (1988)

R. galegae (1989)

B. elkanii (1992)

R. etli (1993)

S. saheli (1994)

S. teranga (1994)

S. medicae (1996)

B. liaoningense (1995)Mesorhizobium (1997)M. loti

M. huakuii

M. tianshanense

R. giardinii (1997)R.gallicum (1997)

R. haiananense (1997)R. mongolense (1998)

R. huautlense (1998)

R. yanglingense (2001)

R. sullae (2002)

R. indigoferae (2002)R. loessense (2003)

A. undicola (1998)

B. yuanmingense (2003)

S. arboris (1999)

S. kummerowiae (2002)

S. morelense (2002)

S. kostiense (1999)S. adhaerens (2003)

M. amorphae (1999)

M. chacoense (2001)

M. plurifarium (1998)

M. mediterraneum

M. ciceri

Allorhizobium (1998)

Azorhizobium (1988)

B. betae (2004)

B. canariense (2005)

M. septentrionale(2004)

M. temperatum (2004)

Más especies de rizobios

Ampliar los hábitats en losque se han estudiado las leguminosas Prosopis alba forma nódulos con

Mesorhizobium chacoense en elChaco (Argentina )

Evolución de las técnicas de Biología Molecular

Rhizobium tubonense se haaislado de nódulos de Oxytropisglabra crecida en el Tíbet

Incremento continuo enel número de especies de rizobios

Buscar fuera de los nódulos

Bradyrhizobium betae (2004)

Bacillus radicicola (Beijerinck)

Los rizobios (orden Rhizobiales)Clase Alphaproteobacteria

1888

1889 Rhizobium leguminosarum (Frank)

Familias

Rhizobiaceae Bradyrhizobiaceae Phyllobacteriaceae Hyphomicrobiaceae

Rhizobium Bradyrhizobium Phyllobacterium Azorhizobium

Ensifer

Shinella

Mesorhizobium

2001

AÑO 2001. Bacterias no rizobios que nodulan leguminosas

Neptunia natans Lupinus sp.

Clase Género Epecie Leguminosa

Alphaproteobacteria

Blastobacter B. desnitrificans Aeschynomene indica

Devosia D. neptuniae Neptunia natans

Methylobacterium M. nodulans Carolaria glaucoides

C. perrottetii,

C. podocarpa

Ochrobacterium O. lupini Lupinus spp.

O. cytisi Cytisus

Betaproteobacteria

Burkholderia B. mimosarum Mimosa spp.

B. nodosa M. bimucronata y M.

scabella

B. phymatum Mimosa spp. y P. vulgaris

B. sabiae M. caesalpinifolia

B. tuberum Cyclopia spp.

Cupriavidus (Ralstonia) C. taiwanensis Mimosa

Hasta la fecha no ha demotrado nodulaciónde las leguminosas por Gammaprotobacteria

La planta selecciona

las bacterias más

efectivas

Efecto de la inoculación con rizobiosde la misma clase (Alphaprotobacteria)

PhaseolusRhizobium etliRhizobium phaseoli

Efecto de la inoculación con rizobiosde distinta clase filogenética

Phaseolus inoculada con

A: Burkholderia phymatum

B: Rhizobium etli

A B

BA

Strain NaCl (mM)NN

(per plant)

NDW

(g/ plant)

PDW

(g/ plant)

[N]

(mg/ plant)

Lb

(mg / g NFW)

R. tropici

CIAT988

0 166 ± 18a 0.135 ± 0.05a 1.75 ± 0.1a 68 ± 2a 7.20 ± 0.8a

25 150 ± 14a 0.124 ± 0.02a 1.31 ± 0.2b 39 ± 3c 6.13 ± 0.5b

35 110 ± 12b 0.08 ± 0.01b 1.04 ± 0.2c 25 ± 2d 5.73 ± 0.3b

B. phymatum

GR01N

0 96 ± 14b 0.128 ± 0.05a 1.73 ± 0.1a 68 ± 3a 7.13 ± 0.5a

25 98 ± 12b 0.122 ± 0.02a 1.63 ± 0.2a 58 ± 5a 6.84 ± 0.2a

35 93 ± 12b 0.117 ± 0.04a 1.51 ± 0.1b 50 ± 3b 6.54 ± 0.8a

Número de nódulos, peso seco, contenido en N y concentración deleghemogolobina de plantas de Phaseolus vulgaris inoculadas con B.phymatum GR01N o Rhizobium tropici CIAT899R.

¿19.400 especies de leguminosasvs

80 especies de rhizobios?

ConclusiónLa co-evolución natural de

las leguminosas con bacterias endosimbióticas fijadoras de nitrógeno atmosférico permite la selección de los mejores

pares planta-bacteria para aumentar el rendimiento de

los cultivos

GRACIAS POR SU

ATENCIÓN

Situación actual de los rizobios

Bradyrhizobium

Azorhizobium

Mesorhizobium

Rhizobium (AllorhizobiumY Agrobacterium)

Sinorhizobium (Ensifer)