Zugl.: Göttingen, Univ., Diss., 2009

Humboldt-Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Universiẗat, Diss., 2004--Freiburg (Breisgau).

Die Phänologie beschäftigt sich mit der Entwicklung von Pflanzen im Jahresverlauf. Das Wort Phänologie stammt aus dem Griechischen und bedeutet wörtlich: Die Lehre von den Erscheinungen. Und genau darum geht es: Phänologen beobachten die regelmäßig wiederkehrenden Wachstums- und Entwicklungserscheinungen von Pflanzen. Dazu gehören z. B. Blühbeginn, Fruchtreife und Laubfall. Die Veränderungen notieren Phänologen in einem speziellen Kalender, der zehn Jahreszeiten aufweist. Dieser phänologische Kalender orientiert sich an den charakteristischen Entwicklungsstadien typischer Zeigerpflanzen ( z. B. Schneeglöckchen, Holunder, Salweide). Redaktionsschluss: 30.10.2019

Die Verfügbarkeit des Makroelementes Phosphor ist für Lebewesen eingeschränkt. Besonders bei der Pflanzenproduktion und der Tierernährung spielt die Phosphorverfügbarkeit eine wichtige Rolle bei der ökonomischen Nutzung der Ressourcen. In den Fokus der Wissenschaft zur Lösung des Phosphorproblems gerieten die Phytasen, da monogastrische Tiere nicht in der Lage sind das in den Pflanzensamen gespeicherte Phytat zu nutzen. Die gentechnische Veränderung von Pflanzen stellt eine effiziente Möglichkeit zur Produktion von phosphatfreisetzenden Enzymen, zur Erhöhung der Biomasseproduktion und zur Veränderung der Inhaltstoffe dar. In dieser Arbeit wurden erfolgreich transgene Pflanzen der Arten Nicotiana tabacum L. cv. Samsun und Hordeum vulgare L. cv. Golden Promise erzeugt, die in der Lage waren die Phytase aus Klebsiella sp. ASR1 bzw. aus Bacillus amyloliquefaciens FZB45 zu produzieren. Es wurde für jedes Protein eine Strategie zur Reinigung des aktiven Enzyms aus den verschiedenen Wirtsorganismen entwickelt und seine biochemischen Eigenschaften charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass die β-Propeller-Phytase aus Bacillus im Gegensatz zur sauren Phytase aus Klebsiella durch die posttranslationale Modifikation teilweise ihre Eigenschaften ändert. Die Auswirkungen der heterologen Expression der Phytasen auf die Veränderung der Anteile von Phytinsäure und anorganischem Phosphor, in Relation zum gesamten Phosphor, in den Gerstensamen wurden untersucht. Es wurde eine Reduktion des Phytinsäuregehaltes um 19 % und eine Erhöhung des Gehalts anorganischem Phosphor zwischen 27 % und 78 nachgewiesen. Mit Hilfe von spezifischen Signalsequenzen gelang es die Phytaseproteine aus der Wurzel in das umgebende Medium zu sekretieren. Die Sekretion der Bacillus Phytase führte zu einer Steigerung der Biomasseproduktion von Nicotiana tabacum L. unter unsterilen Wachstumsbedingungen mit Phytat als einziger P-Quelle um 34 %. / Due to the bad availability of phosphorus in natural habitats the improvement of phosphorus accessibility to organisms became an important topic of research, particularly for agriculture and animal nutrition. In plant seeds phosphorus is bound to D-myo-inositol to form phytic acid that is indigestible for mono gastric animals. Therefore the use of phytases to hydrolyze the phytic acid and to mobilize the anorganic phosphorus came in focus to science. Genetic engineering gave the opportunity to improve the phosphorus availability. Genetic manipulation of plants is a suitable tool to produce phosphorus releasing enzymes, thereby increasing the biomass and decreasing the content of phytic acid in plants. In this work I generated transgenic plants of Nicotiana tabacum and Hordeum vulgare vulgare which successfully express the phytase gene phyK from Klebsiella pneumonia ASR1 and phyC from Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Chromatographically purification strategies were developed and biochemical properties were characterized for all phytase proteins. All enzymes were active and PhyC was posttranslational modified. The effect of the recombinant phytase activity to total phosphorus, phytic acid and anorganic phosphorus content of barley seeds were elucidated. The phyK-expression in barley seeds yield a reduction of phytic acid content of about 19 % and an increase of anorganic phosphorus of about 78 %. Transgenic barley seeds with phyC gene expression show an increase of anorganic phosphorus content from 27 % to 48 % but no decrease in phytic acid content. In growth experiments no special phenotypes of plant containing the recombinant protein were visible. The insertion of apoplastic signal sequences in front of the phytase genes resulted in secretion of the proteins into the rhizosphere. The secretion of PhyC led to an improved growth of Nicotiana tabacum under unsterile conditions with sodium phytate as single phosphorus source increasing the biomass up to 34 %.

Diss. (sammanfattning Uppsala : Sveriges lantbruksuniv. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (doctoral)--Uppsala University, 1985. / Includes bibliographical references (p. [92]-98).

Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer Begrünungsmethode für Gleisbette mit schneller Vegetationsentwicklung. Zur Begrünung wurden Sedumpflanzen verwendet, die durch den Einsatz von Bacillus subtilis, Lactobacillus und Nährsubstrat (allein und kombiniert) in verschiedenen Vegetationssystemen auf dem nährstoffarmen Standort Gleisbett etabliert werden sollten. Die Aktivität der inokulierten Mikroorganismen wurde indirekt über den Einfluss auf die Vegetationsleistung ermittelt. Der Einsatz von B. subtilis und Lactobacillus bewirkte eine signifikante Wachstumsförderung der oberirdischen Pflanzenteile. Die Anwendung von Nährsubstrat als Bodenhilfsmittel war ebenfalls für das Pflanzenwachstum besonders wirksam, sowohl allein appliziert als auch in Kombination mit den Bakterien. Darüber hinaus führte die Applikation der Bakterien und des Nährsubstrates zu einem reduzierten Trockenstress auf Geotextilmatten. Die Wahl des Substrates war entscheidend für die Wirksamkeit der Bakterieninokulation. Jedoch hatten höhere Versuchstemperaturen und pH-Werte ebenfalls eine positive Wirkung auf das Pflanzenwachstum. Diese Einflüsse waren in Kombination mit Ziegelbruchsubstrat wesentlich stärker als mit den anderen getesteten Substrattypen. Das Ziegelbruchsubstrat kombiniert mit einer Bakterien- und Nährsubstratbehandlung bewährte sich als günstiges, umweltschonendes Begrünungsverfahren von Gleisbettanlagen. / The aim of the present study was to develop and improve existing methods for the remediation of rail tracks using soil borne bacteria. Through the use of Bacillus subtilis and Lactobacillus ssp. alone and in combination with a nutrient solution three different growth substrates were tested. The substrates were brick chips, textile mats, and mineral wool mats. Brick chips were tested along railway tracks in Munich but all three substrates were tested along an artificial rail track on the experimental station at the Humboldt University-Berlin. Plants selected for remediation belong to the genus Sedum, which is relatively tolerant to dry conditions. The use of Bacillus subtilis and Lactobacillus in combination with a nutrient solution improved plant growth significantly. Plants inoculated with bacteria showed increased growth during the first three months but after four months there was no longer any significant difference between treatments. The addition of nutrient solution alone improved plant growth. Plant growth was significantly different on all three substrates, whereas brick chips were the best substrate. The results of this study indicate that the quality of the substrate is the most important factor for remediation and greening of rail tracks. Both bacteria tested had only a limited effect. High temperature and pH resulted in larger Sedum plants in the open field. Brick chips are a cheap substrate which can be used for rail track greening. The rapid growth of plants can be influenced by the application of an additional nutrient solution as well as inoculation with Lactobacillus and/or B. subtilis.

Bacillus amyloliquefaciens FZB42 ist ein frei lebendes Bakterium, das Pflanzenwurzeln besiedelt und das Pflanzenwachstum durch viele verschiedene Wirkmechanismen anregt. In dieser Arbeit wurden die molekularen Grundlagen dieser positiven Wirkungen, die dieses „Pflanzenwachstum fördernde Rhizobakterium“ (PGPR) auf seine Wirte ausübt, untersucht. Um den gegenseitigen Austausch von B. amyloliquefaciens und seinen Wirtspflanzen zu entschlüsseln, wurden umfangreiche Proteomstudien durchgeführt. Es wurden Referenzkarten der extrazellulären und zytosolischen Proteinfraktionen erstellt. Die größte Anzahl an ausgeschiedenen Proteinen konnte während der stationären Phase beobachtet werden. Die identifizierten extrazellulären Proteine gehören verschiedenen Funktionsklassen an, wobei die prominentesten Klassen am Kohlenhydrat-Abbau und den Transport von Molekülen durch die Zellwand beteiligt sind. Die zytosolischen Extrakte von Kulturen, die in 1C-Medium bzw. Mineralmedium angezogen wurden, und in der zweidimensionalen Gelelektrophorese (2 DE) aufgetrennt wurden, ergaben 461 und 245 verschiedene Protein-Einträge. Die erstellten Referenz-Karten wurden anschließend verwendet, um Proteine und Prozesse, in an der Interaktion mit Pflanzen beteiligt sind, zu identifizieren. Dafür wurden die Bakterien Wurzelexudaten von Mais (Zea mays L.) ausgesetzt. Die Proteine aus zwei Stämmen, denen die globalen Transkriptionsregulatoren (Degu, AbrB) und vier Sigma-Faktoren (SigB, SigM, SigV, und SigX) fehlen, wurden ebenfalls untersucht, um ihre Beteiligung an den bakteriellen Reaktionen auf die Wurzelausscheidungen zu analysieren. Zusammenfassend ist dies die erste Studie, die umfangreiche Proteomdaten von Gram-positiven PGPR präsentiert, wobei gleichzeitig die Veränderung der Expression von extrazellulären und zytoplasmatischen Proteinen, nach Zugabe von Wurzelexudaten, ausgewertet wurde. / Bacillus amyloliquefaciens strain FZB42 is a free-living bacterium that competitively colonizes plant roots and stimulates plant growth by many different modes of action. The molecular basis of singular beneficial effects that this Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) exert on their hosts have been studied. To decipher the molecular cross-talk of B. amyloliquefaciens and its’ host plants as a whole system, an extensive proteomic approach was performed. Reference maps of the extracellular and cytosolic protein fractions were established. The highest number of secreted proteins was observed during stationary growth phase. Identified extracellular proteins belong to different functional classes, with the most prominent classes involved in carbohydrate degradation and transportation of molecules across the cell wall. Cytosolic extracts obtained from cultures grown in 1C and minimal media subjected to the 2 Dimensional Electrophoresis (2 DE), revealed 461 and 245 different protein entries, respectively. Created reference maps were subsequently used to identify proteins and processes involved in the interaction with plants, prior to exposure of bacteria to maize (Zea mays L.) root exudates. The proteomics of two strains lacking expression of genes coding for global transcriptional regulators (degU, abrB) and four sigma factors (sigB, sigM, sigV, and sigX) were also inves-tigated, in order to analyse their involvement in bacterial responses to root exudates. In summary, this is the first study presenting comprehensive proteomics of Gram-positive PGPR, evaluating at the same time changes in protein expression caused by addition of root exudates at the extracellular and cytosolic level.

Überstände von Cyanobakterien sind ein vielversprechendes Produkt zur Förderung des Pflanzenwachstums, da sie alle Vorteile der freigesetzten bioaktiven Verbindungen, wie z. B. Phytohormone, enthalten, ohne die Zwänge der mikrobiellen Inokulationen. Es ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie Cyanobakterien die Reaktion der Pflanzen auf molekularer Ebene modulieren könnten. In dieser Studie wurde das in Chile heimische Gras Polypogon australis als Modell verwendet, um die Wirkung von Überständen aus Kulturen von sieben autochthonen Bodencyanobakterien zu untersuchen. Von diesen zeigten die Überstände der Kulturen von Trichormus sp. die beste wachstumsfördernde Wirkung auf P. australis. Die ICP-MS-Analyse ergab, dass die Überstände von Trichormus sp. eine ähnliche Nährstoffzusammensetzung aufwiesen wie das für das Wachstum der Cyanobakterien verwendete Medium BG-11, mit Ausnahme der Elemente P und Mn, die in der späten exponentiellen Phase der Kulturen verarmt waren. Dann wurden Überstände von Trichormus sp.-Kulturen, die in der späten exponentiellen Phase gesammelt wurden und die eine Menge von 32,7 pmol trans-Zeatin pro mg Chl-a enthielten, zur Bewertung der Reaktion von P. australis auf transkriptioneller Ebene verwendet. Ein BG-11-Medium, das frei von P und Mn war, wurde als Kontrolle verwendet. Ganzes Pflanzengewebe wurde 3 Stunden nach der Behandlung entnommen und für eine RNA-seq-Analyse verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Überstände von Trichormus sp. die Pflanzenreaktion hauptsächlich über die N- und Phytohormonwege modulierten, die in engem Zusammenhang mit dem C- und Lipidstoffwechsel stehen. Die behandelten Pflanzen wiesen 4 und 8 Tage nach der Anwendung größere Triebe auf als die Kontrollpflanzen, aber es wurden keine Unterschiede bei der Wurzellänge festgestellt. Dieser Phänotyp lässt sich durch die Induktion von Genen für die Gibberellin-Biosynthese in P. australis erklären, die durch andere Hormone wie Auxine, Brassinosteroide und Ethylen unterstützt wird. Andererseits wurde in mit P. australis behandelten Pflanzen eine induzierte systemische Resistenzreaktion beobachtet, die hauptsächlich durch einen Ethylen-Jasmonat-Crosstalk vermittelt wurde. Diese Arbeit unterstützt die Verwendung von Überständen als eine gute Option zur Förderung des Pflanzenwachstums.:Table of content Preliminary Page Resumen i Abstract ii Übersetzung iii DECLARATION ix 1. Introduction 1 1.1. Plant-growth promoting microorganisms 1 1.2. Soil cyanobacteria 2 1.3. Physiology of soil cyanobacteria 2 1.4. Cyanobacterial plant growth-promoting molecules 4 1.5. Plant response to bioactive compounds 6 1.6. Cyanobacterial supernatants 9 1.7. Polypogon australis as a plant study model 11 2. Methodology 13 2.1. Obtention of the cyanobacterial cultures 13 2.2. Supernatant collection from the cyanobacterial cultures 14 2.3. Cyanobacterial biomass quantification 15 2.3.1. Chlorophyll-a content 15 2.3.2. Biomass dry weight 15 2.3.3. Determination of the growth phases 15 2.4. Chemical characterization of the supernatants 16 2.4.1. Nitrate content 16 2.4.2. Total element content 16 2.4.3. Zeatin content 16 2.5. Preparation of the modified BG-11 medium (BG-11M medium) 17 2.6. Bioassays with cyanobacterial supernatants 18 2.6.1. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis germination 18 2.6.2. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis plants 18 2.6.3. Effect of supernatants of the 2,400 mL cultures on P. australis plants 19 2.7. Statistical analysis 19 2.8. Determination of transcriptional changes in P. australis. 20 2.8.1. Plant treatments and tissue collection 20 2.8.2. Total RNA extraction from plant tissue 20 2.8.3. DNA removal 20 2.8.4. mRNA sequencing, de novo assembly, and differential expression analysis 21 2.8.5. Contig annotation and functional classification 22 3. Results 24 3.1. Trichormus sp. cultures produce the highest biomass content 24 3.2. Trichormus sp. cultures have a low P content 25 3.3. Trichormus sp. supernatants have the best growth-promoting effect on the growth of P. australis 25 3.4. Supernatant nutrient content of Trichormus sp. cultures change through the growth phases 27 3.5. Supernatants used in the transcriptomic assay and BG-11M medium have a lower nutrient content than BG-11 medium 30 3.6. Trichormus sp. supernatants promote the growth of P. australis to a greater extent than the BG-11M medium 32 3.7. Trichormus sp. supernatants contain zeatin 33 3.8. Trichormus sp. supernatants modulated more P. australis genes than the BG-11M medium 34 3.9. Trichormus sp. supernatants regulate the gene expression of growth and defense responses in P. australis 37 4. Discussion 57 4.1. The plant-growth promoting effect of Thrichormus sp. supernatants 57 4.2. The role of P and Mn in the growth-promoting effect of Trichormus sp. supernatants 58 4.3. Modulation of P. australis N-metabolism by Trichormus sp. supernatants 59 4.4. P. australis nitrogen and carbon metabolism in response to Trichormus supernatants 63 4.5. P. australis phytohormone-metabolism modulated by Trichormus supernatants 64 4.6. The role of lipid metabolism in the response to Trichormus supernatants 67 4.7. P. australis defense response triggered by Trichormus supernatants 68 4.8. Phytohormone crosstalk and defense response in P. australis treated with Trichormus sp. supernatants 71 4.9. Perspectives and challenges for the biotechnological use of Trichormus sp. supernatants 73 5. Conclusion 76 Bibliographic references 77 Annexes 116 / Cyanobacterial supernatants are a promising plant growth-promoting product since they contain all the advantages of the released bioactive compounds, such as phytohormones, without the constraints of microbial inoculations. However, little is known about how cyanobacteria could modulate the plant response at a molecular level. In this research, the Chilean native grass, Polypogon australis, was used as a model for assaying the effect of supernatants obtained from cultures of seven autochthonous soil cyanobacteria. Of them, supernatants of Trichormus sp. cultures showed the best growth-promoting effects on P. australis. Analysis by ICP-MS showed that Trichormus sp. supernatants had a similar nutrient composition to the medium used for the cyanobacteria growth, BG-11, except for the elements P and Mn, which were depleted when the late exponential phase of the cultures was reached. Then, supernatants of Trichormus sp. cultures collected in the late exponential phase, which contained an amount of 32.7 pmol of trans-zeatin per mg of Chl-a, were employed for evaluating the P. australis response at a transcriptional level. A BG-11 medium free of P and Mn was utilized as a control. Whole plant tissue was collected 3 h-post treatment and used for an RNA-seq analysis. Results showed that Trichormus sp. supernatants modulated the plant response mainly by the N and phytohormones pathways, in close relation with C and lipid metabolism. Treated plants showed larger shoots than control plants 4 and 8 days after application, but no differences were observed in root length. This phenotype can be explained by the induction in P. australis of gibberellin biosynthesis genes, supported by other hormones such as auxins, brassinosteroids, and ethylene. On the other hand, an induced systemic resistance response was observed in P. australis-treated plants, mostly mediated by an ethylene-jasmonate crosstalk. This work supports the use of supernatants as a good plant growth-promoting option.:Table of content Preliminary Page Resumen i Abstract ii Übersetzung iii DECLARATION ix 1. Introduction 1 1.1. Plant-growth promoting microorganisms 1 1.2. Soil cyanobacteria 2 1.3. Physiology of soil cyanobacteria 2 1.4. Cyanobacterial plant growth-promoting molecules 4 1.5. Plant response to bioactive compounds 6 1.6. Cyanobacterial supernatants 9 1.7. Polypogon australis as a plant study model 11 2. Methodology 13 2.1. Obtention of the cyanobacterial cultures 13 2.2. Supernatant collection from the cyanobacterial cultures 14 2.3. Cyanobacterial biomass quantification 15 2.3.1. Chlorophyll-a content 15 2.3.2. Biomass dry weight 15 2.3.3. Determination of the growth phases 15 2.4. Chemical characterization of the supernatants 16 2.4.1. Nitrate content 16 2.4.2. Total element content 16 2.4.3. Zeatin content 16 2.5. Preparation of the modified BG-11 medium (BG-11M medium) 17 2.6. Bioassays with cyanobacterial supernatants 18 2.6.1. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis germination 18 2.6.2. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis plants 18 2.6.3. Effect of supernatants of the 2,400 mL cultures on P. australis plants 19 2.7. Statistical analysis 19 2.8. Determination of transcriptional changes in P. australis. 20 2.8.1. Plant treatments and tissue collection 20 2.8.2. Total RNA extraction from plant tissue 20 2.8.3. DNA removal 20 2.8.4. mRNA sequencing, de novo assembly, and differential expression analysis 21 2.8.5. Contig annotation and functional classification 22 3. Results 24 3.1. Trichormus sp. cultures produce the highest biomass content 24 3.2. Trichormus sp. cultures have a low P content 25 3.3. Trichormus sp. supernatants have the best growth-promoting effect on the growth of P. australis 25 3.4. Supernatant nutrient content of Trichormus sp. cultures change through the growth phases 27 3.5. Supernatants used in the transcriptomic assay and BG-11M medium have a lower nutrient content than BG-11 medium 30 3.6. Trichormus sp. supernatants promote the growth of P. australis to a greater extent than the BG-11M medium 32 3.7. Trichormus sp. supernatants contain zeatin 33 3.8. Trichormus sp. supernatants modulated more P. australis genes than the BG-11M medium 34 3.9. Trichormus sp. supernatants regulate the gene expression of growth and defense responses in P. australis 37 4. Discussion 57 4.1. The plant-growth promoting effect of Thrichormus sp. supernatants 57 4.2. The role of P and Mn in the growth-promoting effect of Trichormus sp. supernatants 58 4.3. Modulation of P. australis N-metabolism by Trichormus sp. supernatants 59 4.4. P. australis nitrogen and carbon metabolism in response to Trichormus supernatants 63 4.5. P. australis phytohormone-metabolism modulated by Trichormus supernatants 64 4.6. The role of lipid metabolism in the response to Trichormus supernatants 67 4.7. P. australis defense response triggered by Trichormus supernatants 68 4.8. Phytohormone crosstalk and defense response in P. australis treated with Trichormus sp. supernatants 71 4.9. Perspectives and challenges for the biotechnological use of Trichormus sp. supernatants 73 5. Conclusion 76 Bibliographic references 77 Annexes 116 / Los sobrenadantes de cianobacterias son prometedores productos promotores del crecimiento vegetal, pues contienen todas las ventajas de los compuestos bioactivos liberados, como fitohormonas, sin las limitaciones de las inoculaciones microbianas. Lamentablemente, poco se sabe sobre cómo las cianobacterias modularían la respuesta de las plantas a nivel molecular. En esta investigación, se utilizó la gramínea nativa chilena Polypogon australis como modelo para evaluar el efecto de sobrenadantes de cultivos de siete cianobacterias autóctonas de suelo. Los sobrenadantes de Trichormus sp. mostraron mejores efectos promotores del crecimiento de P. australis. Análisis mediante ICP-MS evidenciaron que estos sobrenadantes tenían un contenido nutricional similar al medio de crecimiento de las cianobacterias, BG-11, excepto por los elementos P y Mn, que se agotaron al alcanzarse la fase exponencial tardía de los cultivos. Para evaluar la respuesta de P. australis a nivel transcripcional, se emplearon sobrenadantes colectados en fase exponencial tardía de cultivos de Trichormus sp., que contenían una cantidad de 32,7 pmol de trans-zeatina por mg de Chl-a. Un medio BG-11 libre de P y Mn se utilizó como control. Tres horas después del tratamiento se recogió tejido de plantas completas y se le hizo un análisis de RNA-seq. Como resultado, los sobrenadantes principalmente modularon las vías de N y fitohormonas de la planta, en estrecha relación con los metabolismos de C y lípidos. Las plantas tratadas mostraron brotes más grandes que las plantas control, 4 y 8 días después de la aplicación, pero no se observaron diferencias en la longitud radicular. Este fenotipo puede explicarse por la inducción de biosíntesis de giberelina, apoyada por otras hormonas como auxinas, brasinoesteroides y etileno. Además, se observó una inducción de resistencia sistémica en las plantas tratadas, mediada por una interacción etileno-jasmonatos. Este trabajo corrobora el uso de sobrenadantes como una buena opción para promover el crecimiento de las plantas.:Table of content Preliminary Page Resumen i Abstract ii Übersetzung iii DECLARATION ix 1. Introduction 1 1.1. Plant-growth promoting microorganisms 1 1.2. Soil cyanobacteria 2 1.3. Physiology of soil cyanobacteria 2 1.4. Cyanobacterial plant growth-promoting molecules 4 1.5. Plant response to bioactive compounds 6 1.6. Cyanobacterial supernatants 9 1.7. Polypogon australis as a plant study model 11 2. Methodology 13 2.1. Obtention of the cyanobacterial cultures 13 2.2. Supernatant collection from the cyanobacterial cultures 14 2.3. Cyanobacterial biomass quantification 15 2.3.1. Chlorophyll-a content 15 2.3.2. Biomass dry weight 15 2.3.3. Determination of the growth phases 15 2.4. Chemical characterization of the supernatants 16 2.4.1. Nitrate content 16 2.4.2. Total element content 16 2.4.3. Zeatin content 16 2.5. Preparation of the modified BG-11 medium (BG-11M medium) 17 2.6. Bioassays with cyanobacterial supernatants 18 2.6.1. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis germination 18 2.6.2. Effect of supernatants of the 25 mL cultures on P. australis plants 18 2.6.3. Effect of supernatants of the 2,400 mL cultures on P. australis plants 19 2.7. Statistical analysis 19 2.8. Determination of transcriptional changes in P. australis. 20 2.8.1. Plant treatments and tissue collection 20 2.8.2. Total RNA extraction from plant tissue 20 2.8.3. DNA removal 20 2.8.4. mRNA sequencing, de novo assembly, and differential expression analysis 21 2.8.5. Contig annotation and functional classification 22 3. Results 24 3.1. Trichormus sp. cultures produce the highest biomass content 24 3.2. Trichormus sp. cultures have a low P content 25 3.3. Trichormus sp. supernatants have the best growth-promoting effect on the growth of P. australis 25 3.4. Supernatant nutrient content of Trichormus sp. cultures change through the growth phases 27 3.5. Supernatants used in the transcriptomic assay and BG-11M medium have a lower nutrient content than BG-11 medium 30 3.6. Trichormus sp. supernatants promote the growth of P. australis to a greater extent than the BG-11M medium 32 3.7. Trichormus sp. supernatants contain zeatin 33 3.8. Trichormus sp. supernatants modulated more P. australis genes than the BG-11M medium 34 3.9. Trichormus sp. supernatants regulate the gene expression of growth and defense responses in P. australis 37 4. Discussion 57 4.1. The plant-growth promoting effect of Thrichormus sp. supernatants 57 4.2. The role of P and Mn in the growth-promoting effect of Trichormus sp. supernatants 58 4.3. Modulation of P. australis N-metabolism by Trichormus sp. supernatants 59 4.4. P. australis nitrogen and carbon metabolism in response to Trichormus supernatants 63 4.5. P. australis phytohormone-metabolism modulated by Trichormus supernatants 64 4.6. The role of lipid metabolism in the response to Trichormus supernatants 67 4.7. P. australis defense response triggered by Trichormus supernatants 68 4.8. Phytohormone crosstalk and defense response in P. australis treated with Trichormus sp. supernatants 71 4.9. Perspectives and challenges for the biotechnological use of Trichormus sp. supernatants 73 5. Conclusion 76 Bibliographic references 77 Annexes 116