Effect on the variation of root exudates from Agave lechuguilla Torr. over the diversity and activity of nutrient-improvement rhizobacteria

Abstract

"The wide distribution of Agave lechuguilla Torrey has drawn attention to the mechanisms that enable its survival in the Chihuahuan Desert. This success could be attributed to the association of lechuguilla with plant-growth promoting rhizobacteria (PGPR) that, through diverse mechanisms, increase nutrient availability, improve the tolerance of plants to stressful conditions, aid in the control of pathogen microorganisms, and produce phytohormones, overall favoring plant growth. This work encompasses several factors that may influence the complex interaction plant-soil-bacteria and the possible ways that direct the recruitment of the rhizobacterial community of lechuguilla. In the first chapter, we explored the effect of contrasting soil properties from the Central and Meseta subregions from the Chihuahuan Desert, over the bacterial diversity associated to the rhizosphere of young and mature plants of A. lechuguilla T. It was found that the soil properties related to nutrient availability were associated with the composition, enzymatic activity, and abundance of the bacterial communities, however as we consider later, these properties may also be the consequence of the presence of the plants and the bacterial activity. For the second chapter its was addressed the function of the present amino acids in the exudates from the roots of lechuguilla over the abundance and enzymatic activity of PGPR. In addition, the variations in the functional diversity of the rhizobacterial communities from young and mature lechuguilla plants were explored. It was found that mature lechuguillas, above young plants or bulk soil, stimulated functions related to biological control of pathogens, phytohormones production, tolerance against abiotic stress, and improvement of the nutrient availability especially by the action of nitrogen-fixing bacteria (NFB) and organic phosphorus mineralizing bacteria (OPMB). Furthermore, the enhanced enzymatic activity and abundance of NFB and OPMB reached the highest values in the rhizosphere of mature lechuguillas. Probably, due to the release of arginine and methionine, which are energy reserves and contribute with essential elements for the biosynthesis of the proteins, whether they are incorporated directly or after mineralization."

""La amplia distribución de Agave lechuguilla Torrey. ha llamado la atención sobre los mecanismos que permiten su sobrevivencia en el Desierto Chihuahuense. Este éxito puede estar relacionado con la asociación de lechuguilla con rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (RPCV) que, mediante diversos mecanismos, aumentan la disponibilidad de nutrientes, ayudan a la planta a tolerar el estrés abiótico, controlan microorganismos patógenos y producen hormonas vegetales que favorecen el crecimiento de la planta. Este trabajo engloba diferentes factores que pueden influir en la compleja interacción planta-suelo-bacterias, así como en los posibles métodos que dirigen el reclutamiento de la comunidad bacteriana en la rizósfera de lechuguilla. En el primer capítulo, se explora el efecto de las propiedades contrastantes del suelo en las subregiones Central y Meseta del Desierto Chihuahuense, sobre la diversidad bacteriana asociada a la rizósfera de plantas jóvenes y adultas de A. lechuguilla T. Se encontró que las propiedades del suelo relacionadas con la disponibilidad de nutrientes estuvieron asociadas con la composición, actividad enzimática y abundancia de las comunidades bacterianas, y a su vez, dichas propiedades pueden ser la consecuencia de la presencia de las plantas de agave y la actividad bacteriana. El segundo capítulo se aborda el papel de los aminoácidos presentes en los exudados de la raíz de lechuguilla sobre la abundancia y actividad enzimática de las RPCV. Además, exploramos las variaciones en la diversidad funcional de las comunidades de rizobacterias de plantas jóvenes y adultas de lechuguilla. Encontramos que las plantas adultas de lechuguilla, más que las jóvenes o el suelo libre de raíces, estimularon la presencia de funciones relacionadas con el control biológico de patógenos, producción de hormonas vegetales, tolerancia contra estrés abiótico y el aumento de la disponibilidad de nutrientes, especialmente por medio de la actividad de bacterias fijadoras de nitrógeno (BFN) y mineralizadoras de fósforo orgánico (BMFO). Adicionalmente, el aumento de la actividad enzimática y la abundancia de BFN y BMFO, alcanzaron los valores más altos en la rizósfera de lechuguillas adultas. Probablemente debido a la liberación de arginina y metionina, los cuales son reservas de energía y contribuyen con elementos esenciales para la biosíntesis de proteínas, ya sea que se utilicen directamente o después de su mineralización."