Antagonism between Azospirillum brasilense Az39 and Pseudomonas oryzihabitans, a seed-borne endophyte, in growing rice plants

Abstract

The interactions between native endophytic bacteria and inoculated beneficial bacteria in plant tissues are relevant to guarantee the success of commercial inoculants assuming that benefitial bacteria must persist associated to the plant for a certain period of time. In this study we examine whether Pseudomonas oryzihabitans is able to antagonize Azospirillum brasilense Az39, a Plant Growth Promoting Bacteria widely used in South America. Surface-sterilized rice seeds inoculated with high amounts of P. oryzihabitans G16 or A. brasilense Az39 or with both strains were grown under hydroponic conditions. Shoot and root biomass of 15 days-old inoculated-seedlings were compared to those of uninoculated seedlings. In addition, enumeration and identification of endophytic bacteria were performed on these seedlings. Heterotrophic and siderophore-producing bacteria isolated from seedlings were identified by 16S rRNA gene partial sequencing. A. brasilense and P. oryzihabitans were able to colonize rice plants, being predominant in the roots and shoots of the respective inoculated seedlings. In co-inoculated plants, only P. oryzihabitans was recovered. The siderophore-producing Sphingomonas sp. was predominant in uninoculated plants and was detected in all inoculated plants. The vegetal biomass was the lowest in P. oryzihabitans-inoculated plants and the highest in A. brasilense inoculated plants.This work shows that P. oryzihabitans antagonizes A. brasilense in plant tissues and decreases rice plant yield. Other seed-borne endophytes, particularly siderophore-producer bacteria of the genus Sphingomonas, are not outcompeted by P. oryzihabitans.

Las interacciones entre las bacterias nativas endófitas y bacterias benéficas inoculadas en los tejidos vegetales son relevantes para garantizar el éxito de los inoculantes comerciales asumiendo que las bacterias benéficas deben persistir asociadas a la planta durante un cierto período de tiempo. En este estudio se analiza si Pseudomonas oryzihabitans es capaz de antagonizar Azospirillum brasilense Az39, una bacteria promotora del crecimiento vegetal ampliamente utilizada en América del Sur. Las semillas de arroz esterilizadas superficialmente, inoculadas con altas cantidades de P. oryzihabitans G16 o A. brasilense Az39 o de ambas cepas, se cultivaron en condiciones hidropónicas. Se comparó la biomasa de brotes y raíces de plántulas inoculadas con la de las plántulas no inoculadas al cabo de 15 días de crecimiento. Se cuantificaron e identificaron las bacterias endófitas presentes en esas plántulas. Las bacterias heterótrofas y productoras de sideróforos aisladas se identificaron mediante secuenciación parcial del gen 16S rRNA. A. brasilense y P. oryzihabitans fueron capaces de colonizar las plántulas de arroz, siendo predominantes en las raíces y brotes de las plántulas inoculadas con cada una de estas cepas. En plantas co-inoculadas sólo se recuperó P. rysihabitans. Las bacterias productoras de sideróforos pertenecientes al género Sphingomonas predominaron en plántulas no inoculadas y se detectaron en todas las plántulas inoculadas. Los valores más bajos de biomasa vegetal se encontraron en plántulas inoculadas con P. oryzihabitans y los más altos en plántulas inoculadas con A. brasilense. Este trabajo muestra que P. oryzihabitans antagoniza A. brasilense en tejidos vegetales y disminuye el rendimiento de la planta de arroz. Otras endófitas asociadas a semilla, particularmente las bacterias productoras de sideróforos del género Sphingomonas, no fueron antagonizadas por P. oryzihabitans.