Authors: Brambilla, Silvina Maricel; Frare, Romina Alejandra; Soto, Gabriela Cinthia; Jozefkowicz, Cintia; Ayub, Nicolás Daniel
Publication Date: 2018.
Language: English.
Abstract:
As other legume crops, alfalfa cultivation increases the emission of the greenhouse gas nitrous oxide (N2O). Since legumesymbiotic nitrogen-fixing bacteria play a crucial role in this emission, it is important to understand the possible impacts of rhizobial domestication on the evolution of denitrification genes. In comparison with the genomes of non-commercial strains, those of commercial alfalfa inoculants exhibit low total genome size, low number of ORFs and high numbers of both frameshifted genes and pseudogenes, suggesting a dramatic loss of genes during bacterial domestication. Genomic analysis focused on denitrification genes revealed that commercial strains have perfectly conserved the nitrate (NAP), nitrite (NIR) and nitric (NOR) reductase clusters related to the production of N2O from nitrate but completely lost the nitrous oxide (NOS) reductase cluster (nosRZDFYLX genes) associated with the reduction of N2O to gas nitrogen. Based on these results, we propose future screenings for alfalfa-nodulating isolates containing both nitrogen fixation and N2O reductase genes for environmental sustainability of alfalfa production.
Instituto de Genética
Author affiliation: Brambilla, Silvina Maricel. INTA. Instituto de Genética "Ewald A. Favret"; Argentina
Author affiliation: Frare, Romina Alejandra. INTA. Instituto de Genética "Ewald A. Favret"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Author affiliation: Soto, Gabriela Cinthia. INTA. Instituto de Genética "Ewald A. Favret"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Author affiliation: Jozefkowicz, Cintia. INTA. Instituto de Genética "Ewald A. Favret"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Author affiliation: Ayub, Nicolás Daniel. INTA. Instituto de Genética "Ewald A. Favret"; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Repository: INTA Digital (INTA). Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria
Authors: Furlan, Ana Laura; Bianucci, Eliana Carolina; Tordable, Maria del Carmen; Castro, Stella Maris; Dietz, Karl Josef
Publication Date: 2014.
Language: English.
Abstract:
Drought stress is one of the most important environmental factors that affect plant growth and limit biomass production. Most studies focus on drought stress development but the reversibility of the effects receives less attention. Therefore, the present work aims to explore the biological nitrogen fixation (BNF) of the symbiotic association between peanut (Arachis hypogaea L.) and Bradyrhizobium sp. during a drought–recovery cycle with a focus on the response of enzyme activity and gene expression of the antioxidant system. Peanuts exposed to drought stress had impaired BNF, as indicated by lower nitrogenase activity, and decreased leghaemoglobin content; the latter was reversed to control values upon rehydration. Previous results demonstrated that reactive oxygen species (O2·- and H2O2) were accumulated as a consequence of drought stress, suggesting that nodules experience oxidative stress. In addition, marker transcripts responsive to drought, abscisic acid and H2O2 were upregulated. Increased transcript levels of glutathione reductase were associated with an increased enzyme activity but superoxide dismutase and glutathione S-transferase activities were unchanged, despite upregulated gene transcription. In contrast, increased activity of ascorbate peroxidase (APX) was unrelated with changes in cytosolic APX transcript levels suggesting isogene specificity. In conclusion, the work exemplarily demonstrates the efficient and dynamic regulation of antioxidant enzymes and marker compounds during drought cycling, which is likely to be a prerequisite for functional optimisation of nodule metabolism.
Author affiliation: Furlan, Ana Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Ciencias Naturales; Argentina. Universitat Bielefeld; Alemania
Author affiliation: Bianucci, Eliana Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Ciencias Naturales; Argentina
Author affiliation: Tordable, Maria del Carmen. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Ciencias Naturales; Argentina
Author affiliation: Castro, Stella Maris. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Ciencias Naturales; Argentina
Author affiliation: Dietz, Karl Josef. Universitat Bielefeld; Alemania
Repository: CONICET Digital (CONICET). Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Authors: Cosentino, Vanina Rosa Noemi; Brutti, Lucrecia Noemi; Civeira, Gabriela; Taboada, Miguel Angel
Publication Date: 2015.
Language: Spanish.
Abstract:
El óxido nitroso (N2O) es el principal gas de efecto invernadero emitido desde el sector agrícola y su producción biológica en los suelos se genera por dos vías, la nitrificación y la desnitrificación. Recientemente el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC) ha excluido de sus directrices de inventario a la Fijación Biológica del Nitrógeno (FBN) como fuente de emisión de N2O por los cultivos leguminosos, debido a la falta de evidencia segura sobre la existencia de estas emisiones. Pese a ello, en la actualidad se sigue discutiendo sobre la emisión de N2O real emitida desde los cultivos leguminosos a campo, en especial en soja que es el principal producto producido por la Argentina y fuente de biodiesel. La influencia de FBN sobre la emisión de N2O puede probarse utilizando variedades de soja no nodulante. El objetivo de este trabajo fue comparar y analizar la emisión de N2O desde suelos con cultivos de soja de variedad nodulante y no nodulante, con el fin de evaluar la influencia real del cultivo sobre la emisión de N2O a campo. Las muestras de gas fueron colectadas con cámaras cerradas no ventiladas. La emisión de N2O varió entre -9 y 15 μg N-N2O m-2 h-1. Sólo se observó diferencia significativa en la emisión de N2O entre los tratamientos en la última fecha de muestreo (no nodulante > nodulante). La emisión de N2O se relacionó positivamente con la concentración de N-NO3 - del suelo y con el espacio poroso lleno de agua (EPLLA). Esta ausencia de diferencia significativa en los valores de emisión de N2O entre los tratamientos, indica que la soja nodulante no emitió mayor cantidad de N2O que la no nodulante, revelando que la presencia de nódulos fijadores per se no afectó la cantidad de N2O emitida durante el crecimiento del cultivo de soja. Estos resultados avalan lo establecido por las últimas directrices de IPCC 2006 y ponen en cuestión otras metodologías de inventario que cargan más emisión de N2O a los cultivos de soja. Los resultados del presente estudio muestran que la FBN sólo causó un ligero impacto en la emisión de N2O, en concordancia con las últimas directrices del IPCC del 2006 para los inventarios de GEI.
Nitrous oxide (N2O) is the main greenhouse gas (GHG) emitted from agricultural soils as a by-pass product of nitrification and denitrification processes. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) excluded from its GHG inventory guidelines in 2006 the Nitrogen Biological Fixation (NBF) as a source of N2O emissions by crop legumes, due to the lack of solid scientific evidenceon the existence of these emissions. However, at present the actual amount of N2O emissions by crop legumes in the field is still under investigation, with special emphasis on soybeans which are is the main commodity produced by Argentina and a main biodiesel source. The influence of NBF on N2O emissions can be tested using non-nodulating soybean varieties. This study aims to compare and analyse N2O emissions from nodulating and non-nodulating soybean varieties in order to clarify the actual influence of this commodity on field GHG emissions. Gas samples were collected from closed non-vented chambers. N2O emissions ranged from -9 to +15 |ig N-N2O m-2 h-1 and only in the last sampling date, values differed significantly between treatments (non-nodulating > nodulating soybean). N2O emissions were positively related with soil N-NO3 concentration and soil water-filled pore space (WFPS). Results show that in this field study, NBF caused only a slight impact on N2O emissions. These results agree with the latest IPCC guidelines in 2006 for GHG inventories.
Instituto de Suelos
Author affiliation: Cosentino, Vanina Rosa Noemi. INTA. Instituto de Suelos; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Fertilidad y Fertilizantes; Argentina
Author affiliation: Brutti, Lucrecia Noemi. INTA. Instituto de Suelos; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Cátedra de Edafología; Argentina
Author affiliation: Civeira, Gabriela. INTA. Instituto de Suelos; Argentina
Author affiliation: Taboada, Miguel Angel. INTA. Instuto de Suelos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Repository: INTA Digital (INTA). Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria
Authors: Collino, Daniel; Salvagiotti, Fernando; Perticari, Alejandro; Piccinetti, Carlos Fabian; Ovando, G.; Urquiaga, S.; Racca, Roberto Walter
Publication Date: 2015.
Language: English.
Abstract:
Aims: This study aims to (i) asses the contribution of biological N fixation (%Ndfa) in the soybean production area of Argentina, (ii) build a model for predicting %Ndfa using crop, soil, and meteorological variables, and (iii) estimate %Ndfa at the country level using values obtained in this study. Methods: %Ndfa was assessed in paddocks and experimental plots located in an area 22–39° S and 56–66° W. %Ndfa was determined using the natural 15N abundance method. A complete data set of soil and meteorological variables (n–47) was used to develop a model for predicting %Ndfa. Results: A median value of %Ndfa in aboveground biomass of 60 % (interquartile range 46–71 %) was estimated. Larger %Ndfa values were observed in areas with high crops yields. When seed yield was above 3.7 Mg ha−1, effective rainfall during fallow and mean temperature in the seed-filling period explained %Ndfa. Below 3.7 Mg ha−1, soil phosphorus content, pH, and effective rainfall in the vegetative period explicated %Ndfa. Conclusions: Soybean production systems in Argentina showed larger %Ndfa than reported values in literature that may affect global N balances. Identified soil and meteorological variables may be useful for predicting %Ndfa in future studies, taking into account their spatial variation in the soil-plant system.
EEA Oliveros
Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales
Instituto de Microbiología y Zoología Agrícola
Author affiliation: Collino, Daniel. INTA. Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentina
Author affiliation: Salvagiotti, Fernando. INTA. Estación Experimental Agropecuaria Oliveros. Departamento de Agronomía; Argentina
Author affiliation: Perticari, Alejandro. INTA. Instituto de Microbiología y Zoología Agrícola; Argentina
Author affiliation: Piccinetti, Carlos Fabian. INTA. Instituto de Microbiología y Zoología Agrícola; Argentina
Author affiliation: Ovando, G. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Climatología Agrícola; Argentina
Author affiliation: Urquiaga, S. Embrapa Agrobiologia; Brasil
Author affiliation: Racca, Roberto Walter. INTA. Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentina
Repository: INTA Digital (INTA). Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria
Abstract:
Wall, L., (Dir.) (2019). Bioquímica y microbiología de suelo, rizósfera y sistemas simbióticos (Proyecto de investigación). Bernal, Argentina : Universidad Nacional de Quilmes.
La propuesta de trabajo que se presenta integra distintas líneas de investigación que encuentran su origen en la microbiología del suelo y las interacciones entre microorganismos y plantas. Buscamos responder preguntas similares a diferentes escalas de los sistemas biológicos, desde el funcionamiento de una bacteria y sus mecanismos de regulación genética mediados por RNA pequeños, hasta la comprensión de la fisiología del suelo, base de sus prestaciones ecológicas, que opera sobre la base de las comunidades que lo habitan y lo forman, pasando por relaciones simbióticas fijadoras de nitrógeno y patógeno-antagonista en plantas. Se pretende avanzar en el desarrollo de conocimiento básico en estos diferentes sistemas, a partir de la descripción de los mismos con objetivos específicos bien definidos, utilizando herramientas bioquímicas y moleculares y a partir del conocimiento generado, desarrollar nuevas herramientas que nos permitan intervenir en la naturaleza de estos sistemas. Por ejemplo, generar herramientas de diagnóstico como podrían ser nuevos indicadores de calidad de suelo que permitan monitorear los procesos de manejo de suelos agrícolas y la sustentabilidad de los mismos; generar herramientas de control de enfermedades de cultivo a partir de aislamientos microbianos con potencial antagonista sobre patógenos que pueda ser cuantificado y contrastado en su potencial contra otras fuentes de bioinsumos existentes, generar nuevos aislamientos microbianos que sirvan de base para nuevos biofertilizantes que permitan desarrollar cultivos en forma más sustentable o en áreas marginales y avanzar en la búsqueda de la posibilidad de transferir la capacidad de nodulación radicular y fijación biológica de nitrógeno a plantas de cultivos de interés económico que no poseen esta capacidad. Todos estos objetivos resultan del desarrollo histórico del grupo de trabajo y de su actual composición y estructura. El grupo se inició en la UNQ en 1996 con los trabajos de investigación dirigidos por Luis Wall (hoy Investigador Principal CONICET) en fijación biológica de nitrógeno en las simbiosis actinorrícica Discaria trinervis y Alnus acuminata con Frankia, y el estudio de y el estudio de algunas leguminosas como sistemas de comparación. En estos temas se formaron los doctores Claudio Valverde (Investigador Independiente CONICET, Prof. Titular UNQ), Alejandro Ferrari (Profesor DE-UNQ), Luciano Gabbarini (Investigador Asistente CONICET) y Leandro Imanishi (Postdoc CONICET) que forman parte del equipo del Programa. Luego de su formación postdoctoral en Suiza, a su regreso Claudio Valverde se focalizó en el estudio de mecanismos de regulacióngenética mediados por ARNs pequeños en Pseudomonas protegens y Sinorhizobium meliloti y con el tiempo se convirtió́ en un referente en nuestro país. Bajo su dirección se formaron los doctores Patricio Sobrero (hoy becario postdoc en MPMI-Marburg, Alemania) y Antonio Lagares (h) (Postdoc CONICET y miembro del equipo), así́ como German Ceizel Borella (a doctorarse en los próximos meses). En esta linea de trabajo dirigida por Claudio Valverde se incorporaron recientemente Andrés Muzlera (Becario Doctorado CONICET), Matías Garavaglia (Postdoc CONICET) y los estudiantes Federico Muzio y Julián D’Ambrosio. En 2005 Luis Wall inició una nueva línea de trabajo en temas relacionados a la microbiología agrícola, bioquímica y biología de suelos, que derivó en la coordinación del proyecto BIOSPAS que generó un vínculo muy fructífero con el sector productivo agrícola en cooperación con AAPRESID y la empresa Rizobacter Argentina S.A. En la línea de biología de suelo, con dirección del Dr. Valverde y codirección del Dr. Wall se formó́ la doctora Betina Agaras (Investigadora Asistente CONICET) quien se especializó en análisis de comunidades de Pseudomonas en suelo y su caracterizacióncomo promotoras del crecimiento vegetal y antagonistas de patógenos apropiadas para el desarrollo de biofertilizantes y herramientas de biocontrol. En la línea de bioquímica del suelo y a partir del proyecto BIOSPAS, se formó Dalila Reyna (Postdoc CONICET) bajo la dirección del Dr. Wall en el análisis de las fracciones proteicas del suelo relacionadas con la glomalina. Con Luciano Gabbarini desarrollamos nuevas capacidades en el laboratorio para el estudio de la fisiología y actividades enzimáticas del suelo, y con Alejandro Ferrari pusimos en marcha en nuestro laboratorio el análisis de las fracciones lipídicas de los suelos. El equipo cuenta actualemnte con los estudiantes de doctorado (dirigidos por Luis Wall), Juan Frene y Belén Robledo (becarios doctorado CONICET) trabajando en fisiología de suelos y estructuras microbianas asociadas al mismo. A este grupo se suman un conjunto de estudiantes de grado que colaboran desarrollando sus tesis de licenciatura en las diferentes líneas de trabajo mencionadas, ya dirigidos o codirigidos por los investigadores jóvenes formados. Gracias a un proyecto D-TEC de la UNQ se incorporó la doctora Julieta Covelli, formada en el IBBM-FCE-UNLP, para el desarrollo de la vinculación y transferencia tecnológica con el sector agropecuario. Es decir, el Laboratorio se fue desarrollando sobre la base de los grupos dirigidos por Luis Wall y Claudio Valverde, evolucionando tanto en cantidad y calidad de RRHH, como en diversidad de temas desarrollados y en una red de colaboraciones con grupos nacionales y del extranjero donde nos apoyamos también para desarrollar nuevas fortalezas en los diversos temas que trabajamos que tienen un origen o destino común en la microbiología del suelo y sus relaciones con otros organismos y efectos en el desarrollo de cultivos.
Keywords: Interacciones planta-microorganismo; Pseudomonas; Simbiosis; Rizobacteria promotora del crecimiento vegetal; Fijación biológica de nitrógeno; Microbiología del suelo; Regulación genética bacteriana; Rizosfera; Actinobacteria; Frankia; Soja; Alfalfa; Discaria; Rhamnaceae; Acidos grasos fosfolípidos; Acidos grasos neutros lípidicos; Plant-microorganism interactions; Symbiosis; Plant growth promoting rhizobacteria; Biological nitrogen fixation; Soil microbiology; Bacterial genetic regulation; Rhizosphere; Actinobactérias; Soybean; Lucerne; Phospholipid fatty acids; Neutral lipid fatty acids; Interações planta-microorganismo; Simbiose; Rizobactérias promotoras do crescimento vegetal; Fixação biológica de nitrogênio; Microbiologia do solo; Regulação gênica bacteriana; Medicago sativa; Ácidos graxos fosfolipídicos; Ácidos graxos lipídicos neutros.
Repository: RIDAA (UNQ). Universidad Nacional de Quilmes
Abstract:
Author affiliation: Fornasero Laura Viviana. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas; Argentina.
El empleo de leguminosas nativas asociadas a gramíneas constituye un recurso eficiente para mantener el suelo con buenos niveles de fertilidad nitrogenada minimizando el uso de fertilizantes químicos, generalmente costosos y de alto impacto ambiental. En este contexto, las especies de leguminosas forrajeras nativas presentan un gran potencial práctico y un ejemplo de ello es Desmanthus virgatus (L.) Willd. de amplia distribución en el centro norte de Argentina. Hacia el uso sustentable de esta leguminosa, en este trabajo de tesis se presenta la caracterización fenotípica, genotípica y simbiótica de rizobios noduladores del complejo D. virgatus recuperados de suelos argentinos. Para ello, se seleccionaron y colectaron 10 poblaciones de plantas de D. virgatus (sensu lato) en diferentes ambientes y se estableció una colección de más de 170 aislamientos de rizobios noduladores. La caracterización fenotípica de los simbiontes permitió reconocer rizobios de crecimiento rápido con capacidad de crecer en condiciones que se consideran adversas y que sugieren una mayor flexibilidad fisiológica y capacidad de adaptación al ambiente. Los perfiles de amplificación de ADN genómico (fingerprints) evidenciaron una marcada diversidad genética entre los aislamientos. Con respecto a las características simbióticas, se hallaron rizobios con muy buena capacidad potencial de fijación biológica de nitrógeno y competencia por el nicho simbiótico. Los resultados presentados enfatizan la importancia de la inoculación con cepas eficientes y adaptadas a nuestras condiciones edafoclimáticas para lograr un establecimiento exitoso y crecimiento inicial adecuado de las plántulas de D. virgatus en condiciones de campo.
The use of grass-associated native legumes is an efficient resource in order to keep good nitrogen fertility levels in the soil, minimizing the use of chemical fertilizers, which are usually expensive and of high environmental impact. In this context, the native forage legumes species have great practical potential, an example being Desmanthus virgatus (L.) Willd widely distributed in the central northern area of Argentina. Toward sustainable use of this legume, this thesis paper includes a phenotypic, genotypic and symbiotic characterization of D. virgatus complex rhizobia nodulators retrieved from Argentinian soils. For that, ten populations of D. virgatus plants (sensu lato) were selected and collected from different environments. A collection of over 170 isolations of D. virgatus complex rhizobia nodulators was generated. The phenotypic characterization of the symbionts allowed for the recognition of rapid growth rhizobia that showed a capacity for growth in conditions deemed adverse and which suggest a higher physiological flexibility and an ability to adapt to environmental. The genomic DNA amplification profiling (fingerprints) exhibited a clear genetic diversity amongst the isolations. Regarding the symbiotic characteristics, rhizobia with a great potential for biological nitrogen fixation and competition for the symbiotic niche were found. The results presented here emphasize the importance of using efficient strains adapted to our edaphoclimatic conditions for inoculation in order to achieve a successful establishment and a proper early growth of the D. virgatus seedlings in field conditions.
Universidad Nacional del Litoral
Repository: Biblioteca Virtual (UNL). Universidad Nacional del Litoral
Authors: Fournier, Joëlle; Imanishi, Leandro Ezequiel; Chabaud, Mireille; Abdou‐Pavy, Iltaf; Genre, Andrea; Brichet, Lukas; Lascano, Hernan Ramiro; Muñoz, Nacira Belen; Vayssières, Alice; Pirolles, Elodie; Brottier, Laurent; Gherbi, Hassen; Hocher, Valérie; Svistoonoff, Sergio; Barker, David G.; Wall, Luis Gabriel
Publication Date: 2018.
Language: English.
Abstract:
Nitrogen‐fixing filamentous Frankia colonize the root tissues of its actinorhizal host Discaria trinervis via an exclusively intercellular pathway. Here we present studies aimed at uncovering mechanisms associated with this little‐researched mode of root entry, and in particular the extent to which the host plant is an active partner during this process. Detailed characterization of the expression patterns of infection‐associated actinorhizal host genes has provided valuable tools to identify intercellular infection sites, thus allowing in vivo confocal microscopic studies of the early stages of Frankia colonization. The subtilisin‐like serine protease gene Dt12, as well as its Casuarina glauca homolog Cg12, are specifically expressed at sites of Frankia intercellular colonization of D. trinervis outer root tissues. This is accompanied by nucleo‐cytoplasmic reorganization in the adjacent host cells and major remodeling of the intercellular apoplastic compartment. These findings lead us to propose that the actinorhizal host plays a major role in modifying both the size and composition of the intercellular apoplast in order to accommodate the filamentous microsymbiont. The implications of these findings are discussed in the light of the analogies that can be made with the orchestrating role of host legumes during intracellular root hair colonization by nitrogen‐fixing rhizobia.
Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales
Author affiliation: Fournier, Joëlle. Université de Toulouse. LIPM; Francia. INRA-CNRS; Francia
Author affiliation: Imanishi, Leandro Ezequiel. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Bioquímica, Microbiología e Interacciones Biológicas en el Suelo; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Author affiliation: Chabaud, Mireille. Université de Toulouse. LIPM; Francia. INRA-CNRS; Francia
Author affiliation: Abdou‐Pavy, Iltaf. Université de Toulouse. LIPM; Francia. INRA-CNRS; Francia
Author affiliation: Genre, Andrea. University of Torino. Department of Life Sciences and Systems Biology; Italia
Author affiliation: Brichet, Lukas. Université de Toulouse. LIPM; Francia. INRA-CNRS; Francia
Author affiliation: Lascano, Hernan Ramiro. INTA. Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentina
Author affiliation: Muñoz, Nacira Belen. INTA. Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentina
Author affiliation: Vayssières, Alice. IRD-INRA-CIRAD-Université de Montpellier-Supagro. Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes; Francia
Author affiliation: Pirolles, Elodie. IRD-INRA-CIRAD-Université de Montpellier-Supagro. Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes; Francia
Author affiliation: Brottier, Laurent. IRD-INRA-CIRAD-Université de Montpellier-Supagro. Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes; Francia
Author affiliation: Gherbi, Hassen. IRD-INRA-CIRAD-Université de Montpellier-Supagro. Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes; Francia
Author affiliation: Hocher, Valérie. IRD-INRA-CIRAD-Université de Montpellier-Supagro. Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes; Francia
Author affiliation: Svistoonoff, Sergio. IRD-INRA-CIRAD-Université de Montpellier-Supagro. Laboratoire des Symbioses Tropicales et Méditerranéennes; Francia. Centre de Recherche de Bel Air. Laboratoire Mixte International Adaptation des Plantes et Microorganismes Associés aux Stress Environnementaux; Senegal. Institut de Recherche pour le Développement-Institut Sénégalais des Recherches Agricoles-Université Cheikh Anta Diop. Laboratoire Commun de Microbiologie; Senegal
Author affiliation: Barker, David G. Université de Toulouse. LIPM; Francia. INRA-CNRS; Francia
Author affiliation: Wall, Luis Gabriel. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Bioquímica, Microbiología e Interacciones Biológicas en el Suelo; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Repository: INTA Digital (INTA). Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria
Abstract:
Some regions of the developing world suffer low cereal production yields due to low fertilizer inputs, among other factors. Biological N2 fixation, catalyzed by the prokaryotic enzyme nitrogenase, is an alternative to the use of synthetic N fertilizers. The molybdenum nitrogenase is an O2-labile metalloenzyme composed of the NifDK and NifH proteins, which biosyntheses require a number of nif gene products. A challenging strategy to increase cereal crop productivity in a scenario of low N fertilization is the direct transfer of nif genes into cereals. The sensitivity of nitrogenase to O2 and the apparent complexity of nitrogenase biosynthesis are the main barriers identified so far. Expression of active NifH requires the products of nifM, nifH, and possibly nifU and nifS, whereas active NifDK requires the products of nifH, nifD, nifK, nifB, nifE, nifN, and possibly nifU, nifS, nifQ, nifV, nafY, nifW and nifZ. Plastids and mitochondria are potential subcellular locations for nitrogenase. Both could provide the ATP and electrons required for nitrogenase to function but they differ in their internal O2 levels and their ability to incorporate ammonium into amino acids.
Author affiliation: Curatti, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigaciones En Biodiversidad y Biotecnología; Argentina. Fundación para Investigaciones Biológicas Aplicadas; España
Author affiliation: Rubio, Luis M.. Universidad Politecnica de Madrid; España
Repository: CONICET Digital (CONICET). Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Authors: Do Nascimento, Mauro; Sánchez Rizza, Lara; Arruebarrena Di Palma, Andrés; Dublan, María de Los Ángeles; Salerno, Graciela Lidia; Rubio, Luis Manuel; Curatti, Leonardo
Publication Date: 2015.
Language: English.
Abstract:
Oleaginous microalgae have a great potential as a feedstock for biodiesel and other biofuels. However, the current cost of producing biofuels from microalgae biomass is still high to envision massive and profitable commercialization in the near future. One of the drawbacks of implementing large-scale cultivation of these organisms is the unsustainable requirement of N-fertilizers. It is presumed that co-production of higher value by-products in the frame of a biorefinery would increase the profitability of producing oil from microalgae. The aim of this work is to provide proof-of-concept for the complete substitution of chemical N-fertilization by on-site biological N2 fixation in a process of microalgal oil production. We show the efficient conversion of biomass of a N2-fixing cyanobacterium into oil-rich microalgae biomass when the eukaryotic alga is fed with a cyanobacterium extract as a sole source of nutrients. Oil production yields in environmental photobioreactor simulations were in the range of current yields obtained at the expense of synthetic N-fertilizer and up to 20-fold higher than those reported when using plant feedstocks.
Author affiliation: Do Nascimento, Mauro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigaciones En Biodiversidad y Biotecnología; Argentina. Fundación para Investigaciones Biológicas Aplicadas; Argentina
Author affiliation: Sánchez Rizza, Lara. Fundación Para Investigaciones Biológicas Aplicadas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Biotecnología; Argentina
Author affiliation: Arruebarrena Di Palma, Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigaciones En Biodiversidad y Biotecnología; Argentina. Fundación para Investigaciones Biológicas Aplicadas; Argentina
Author affiliation: Dublan, María de Los Ángeles. Fundación Para Investigaciones Biológicas Aplicadas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Biotecnología; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Agronomia; Argentina
Author affiliation: Salerno, Graciela Lidia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigaciones En Biodiversidad y Biotecnología; Argentina. Fundación para Investigaciones Biológicas Aplicadas; Argentina
Author affiliation: Rubio, Luis Manuel. Universidad Politecnica de Madrid; España
Author affiliation: Curatti, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Biotecnología; Argentina. Fundación para Investigaciones Biológicas Aplicadas; Argentina
Repository: CONICET Digital (CONICET). Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Publication Date: 2018.
Language: English.
Abstract:
Biological nitrogen fixation (BNF) in soybean [Glycine max (L.) Merr.] represents, on average, 60% of total nitrogen (N) uptake. Nitrogen dilution curves link aboveground crop N concentration (%N) to biomass accumulation (W). It has been reported that BNF is an energy-intensive process that might reduce biomass production per unit of captured N (physiological N use efficiency or NUE). This increased energy cost could lead to a more attenuated N (i.e. less efficient) dilution curve. However, there are no reports comparing N dilution curves for soybean crops differing in N source. Our objectives were to: (i) evaluate the impact of BNF on soybean N dilution curves and how it influences NUE, and (ii) establish independent N dilution curves for soil and atmospheric N. Our working hypothesis is that relying on BNF attenuates the N dilution curve and reduces NUE. The experiment consisted of a control and a fertilized treatment, 0 and 600 kg N ha−1 respectively, applied to four soybean genotypes in order to establish two differential BNF situations. While the control and fertilized treatments had differential N accumulation from BNF, ∼70% and ∼16%, respectively, there were no differences observed in seed yield (∼5000 kg ha−1), NUE (∼36 kg kg−1) and only slight differences in total N uptake (∼365 kg N ha−1 in fertilized treatment compared to ∼389 kg h−1 in the control treatment). Results suggest that reliance on BNF for N does not influence substantially the attenuation of the N dilution curve and has no impact on NUE. The N dilution parameter (“b”) ranged from −0.128 to −0.218 among cultivars and fertilization treatments. The less negative values (more attenuated curve) corresponded to the fertilized plots likely associated with luxury N consumption. Interestingly, dilution curves from soil mineral N showed the typical dilution pattern, while N derived from the atmosphere followed a concentration pattern as the crop developed. This most likely reflects the continuous N flux from BNF to the plant as opposed to the decreasing soil mineral N supply. Recognizing these concentration/dilution curves for atmospheric and soil N has three immediate implications. First, the atmospheric N concentration curve might indicate an upper benchmark for evaluating symbiosis performance during crop development. Second, the concentration pattern observed for BNF could potentially help to reverse the observed decline in seed protein concentration in modern soybean cultivars. Third, the N concentration/ dilution curves for the individual N sources could be incorporated into crop models for estimating BNF at different crop biomass levels during soybean development.
Author affiliation: Santachiara, Gabriel. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Author affiliation: Salvagiotti, Fernando. INTA. Estación Experimental Agropecuaria Oliveros; Argentina
Author affiliation: Gerde, Jose Arnaldo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Author affiliation: Rotundo, José Luis. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Repository: INTA Digital (INTA). Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria