Evaluation of plant growth-promoting rhizobacteria associated with Quercus suber

Abstract

Cork oak (Quercus suber L.) is a forest tree species native to the Mediterranean region that holds great socioeconomic and ecological importance, forming unique ecosystems. Despite being well adapted to drought and high temperature conditions, these forests have been forced to mitigate the adverse effects of climate change. New biological approaches, such as the use of plant growth promoting bacteria (PGPR), can assist the sustainable development of cork oak. In the present work, PGPR communities isolated from three Portuguese cork oak forests with different bioclimates (semi-arid, sub-humid and humid) were selected and their growth-promoting traits evaluated. PGPR isolated from the most humid forests presented traits related with higher single nutrient-mobilization, namely for phosphorus and iron. However, the semi-arid forest presented a higher number of PGPR displaying a combination of several PGPR traits. These selected PGPR with most promising combined traits were further tested for their ability to modulate the root-architecture of Arabidopsis thaliana. Morphologic changes of A. thaliana roots were particularly observed in the presence of Bacillus, Serratia, Klebsiella, Cedecea, Rouxiella, and Unknown and Unidentified strains. Due to the highest potential of PGPR from the semi-arid forest to induce root-hairs, these PGPR were suggested to produce compounds that induce a root-architecture more suitable for abiotic stressed environments. PGPR ability to inhibit antagonistic widespread cork oak phytopathogens (Biscogniauxia mediterranea and Diplodia corticola) was also evaluated by dual plate assays. A Serratia isolate presented a suppressive effect against B. mediterranea, probably due to the production of HCN, an antifungal volatile. On the other hand, a Bacillus and an Unknown isolate displayed a potential biocontrol role against D. corticola. Although more studies are required, this work provided evidences about the potential of PGPR to be used as plant growth enhancers and biocontrol agents. Furthermore, this work could be the basis for the selection of resistant bacteria capable of improving plant health, even under hostile environmental conditions.

O sobreiro (Quercus suber L.) é uma espécie florestal nativa da região Mediterrânica, que detém uma grande importância socioeconómica e ecológica, formando ecossistemas únicos. Apesar de estarem bem adaptadas as condições de seca e de altas temperaturas, a mitigação dos efeitos adversos das alterações climáticas tem sido desafiante para as florestas de sobreiro. Novas abordagens biológicas, como a utilização de Rizobactérias promotoras do crescimento vegetal (PGPR), podem auxiliar o desenvolvimento sustentável do sobreiro. No presente trabalho, as PGPR de três florestas de sobreiros portuguesas, com diferentes bioclimas (semiárido, sub-húmido e húmido), foram isoladas e os seus mecanismos de promoção de crescimento avaliados. PGPR isoladas de florestas mais húmidas apresentaram maiores capacidades de mobilização de um único nutriente, nomeadamente de fósforo e ferro. Porém, a floresta semiárida detinha um maior número de PGPR com combinações de metabolização de diferentes nutrientes. Estas PGPR mais promissoras, com características combinadas, foram posteriormente avaliadas quanto à sua capacidade de modular a arquitetura da raiz de Arabidopsis thaliana. Alterações morfológicas nas raízes de A. thaliana foram observadas, principalmente na presença de estirpes de Bacillus, Serratia, Klebsiella, Cedecea, Rouxiella e Unknown e Unidentified. PGPR da floresta semiárida demonstraram maior potencial para induzir a formação de pelos radiculares, possivelmente devido à síntese de compostos bacterianos capazes de gerar uma arquitetura radicular mais adequada a condições de stress abiótico. O potencial inibitório destas PGPR contra patógenos de sobreiro (Biscogniauxia mediterranea e Diplodia corticola) foi, também, estudado em ensaios de placa dupla. Um isolado bacteriano pertencente ao género Serratia apresentou efeitos supressores contra B. mediterranea, presumivelmente devido à produção de HCN, um composto volátil antifúngico. Por outro lado, isolados de Bacillus e Unknown agiram como possíveis agentes de biocontrolo de D. corticola. Embora mais estudos sejam necessários, esta pesquisa forneceu evidências sobre o potencial que as PGPR possuem para serem utilizadas como potencializadoras do crescimento vegetal e agentes de biocontrolo. Além disso, este trabalho pode ser a base para a seleção de bactérias resistentes, capazes de melhorar o vigor das plantas, mesmo em condições ambientais hostis.