Major cereal crops benefit from biological nitrogen fixation when inoculated with the nitrogen-fixing bacterium Pseudomonas protegens Pf-5 X940

Autores
Fox, Ana Romina; Soto, Gabriela Cynthia; Valverde, Claudio Fabián; Russo, Daniela Marta; Lagares, Antonio; Zorreguieta, Ángeles; Alleva, Karina Edith; Pascuan, Cecilia Gabriela; Frare, Romina Alejandra; Mercado Blanco, Jesús; Dixon, Ray; Ayub, Nicolás Daniel
Año de publicación
2016
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
A main goal of biological nitrogen fixation (BNF) research has been to expand the nitrogenfixing ability to major cereal crops. In this work, we demonstrate the use of the efficient nitrogen-fixing rhizobacterium Pseudomonas protegens Pf-5 X940 as a chassis to engineer the transfer of nitrogen fixed by BNF to maize and wheat under non-gnotobiotic conditions. Inoculation of maize and wheat with Pf-5 X940 largely improved nitrogen content and biomass accumulation in both vegetative and reproductive tissues, and this beneficial effect was positively associated with high nitrogen fixation rates in roots. 15N isotope dilution analysis showed that maize and wheat plants obtained substantial amounts of fixed nitrogen from the atmosphere. Pf-5 X940-GFP-tagged cells were always reisolated from the maize and wheat root surface but never from the inner root tissues. Confocal laser scanning microscopy confirmed root surface colonization of Pf-5 X940-GFP in wheat plants, and microcolonies were mostly visualized at the junctions between epidermal root cells. Genetic analysis using biofilm formation-related Pseudomonas mutants confirmed the relevance of bacterial root adhesion in the increase in nitrogen content, biomass accumulation and nitrogen fixation rates in wheat roots. To our knowledge, this is the first report of robust BNF in major cereal crops. 
Fil: Fox, Ana Romina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Soto, Gabriela Cynthia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Valverde, Claudio Fabián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina
Fil: Russo, Daniela Marta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina
Fil: Lagares, Antonio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina
Fil: Zorreguieta, Ángeles. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina
Fil: Alleva, Karina Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Físico Matemática; Argentina
Fil: Pascuan, Cecilia Gabriela. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Frare, Romina Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Mercado Blanco, Jesús. Consejo Superior de Investigaciones Cientificas; España
Fil: Dixon, Ray. John Innes Institute; Reino Unido
Fil: Ayub, Nicolás Daniel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Materia
Wheat
Maize
Pseudomonas
Nitrogen
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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Inoculation of maize and wheat with Pf-5 X940 largely improved nitrogen content and biomass accumulation in both vegetative and reproductive tissues, and this beneficial effect was positively associated with high nitrogen fixation rates in roots. 15N isotope dilution analysis showed that maize and wheat plants obtained substantial amounts of fixed nitrogen from the atmosphere. Pf-5 X940-GFP-tagged cells were always reisolated from the maize and wheat root surface but never from the inner root tissues. Confocal laser scanning microscopy confirmed root surface colonization of Pf-5 X940-GFP in wheat plants, and microcolonies were mostly visualized at the junctions between epidermal root cells. Genetic analysis using biofilm formation-related Pseudomonas mutants confirmed the relevance of bacterial root adhesion in the increase in nitrogen content, biomass accumulation and nitrogen fixation rates in wheat roots. To our knowledge, this is the first report of robust BNF in major cereal crops. Fil: Fox, Ana Romina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Soto, Gabriela Cynthia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Valverde, Claudio Fabián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Russo, Daniela Marta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. 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