O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, sendo o Estado de São Paulo responsável por mais de 50% do total desta produção. Esta cultura tem um enorme impacto sobre a agricultura brasileira e devido a isto, uma melhor compreensão da composição da comunidade microbiana relacionada a ciclagem do nitrogênio (N) nestes solos é de grande importância para o aprimoramento no cultivo da cana-de-açúcar. No entanto, pouco se sabe sobre a relação entre grupos microbianos e essa cultura. Este trabalho visou determinar variações nas comunidades microbianas que participam das transformações do N nos solos de três áreas utilizadas para a produção de cana-de-açúcar (A, F e J), as quais apresentam uma gama de diferentes condições de manejo e características do solo. Cada área foi analisada em triplicatas, e o DNA extraído do solo foi utilizado para metodologias de sequenciamento de segunda geração (metagenômica e sequenciamento do gene 16S rDNA), PCR quantitativo (qPCR) e polimorfismo dos fragmentos terminais de restrição (T-RFLP). A maioria das sequências derivaram de bactérias (98%; base de dados M5NR); seis etapas do ciclo do nitrogênio foram anotadas pela plataforma MG-RAST (base de dados SEED): amonificação do nitrato e nitrito (ANN); fixação de nitrogênio; desnitrificação; óxido nítrico sintase; redução dissimilatória do nitrito e assimilação de amônia. Este último passo mencionado foi o mais abundante (28%) (genes gltb e gltD) e está diretamente relacionado a multiplicação microbiana nos solos.. O segundo processo mais abundante foi ANN (genes nir e nar), responsável por consumir este substrato durante o ciclo. Proteobacteria, Chloroflexi, Verrucomicrobia e Cyanobacteria estão presentes em todas as etapas do ciclo, representando microrganismos que podem participar das vias de transformação do N e, ademais, foi possível descrever um core microbiano (nível de ordem) representado por Sphingomonadales. Algumas variáveis ambientais, como a aplicação de torta de filtro e a produtividade mostraram uma correlação significativa com a estrutura da comunidade microbiana. Isto também foi encontrado para algumas características do solo como fósforo, magnésio e matéria orgânica. Além disso, identificou-se uma alta abundância de microrganismos carregando genes que codificam enzimas da via de redução do nitrato e nitrito. Portanto, apesar de sua complexidade, o estudo das funções microbianas de nitrogênio em solos cultivados com cana-de-açúcar é inovador por acessar de forma conjunta todas as comunidades envolvidas neste ciclo, caracterizadas por sequenciamento, o que evita os problemas inerentes ao cultivo microbiano, além de permitir inferir sobre a hierarquia das variáveis ambientais que influem sobre esse grupos microbianos. / Brazil is the largest world\'s producer of sugarcane and State of São Paulo accounts for over 50% of this production. This crop has a huge impact on Brazilian agriculture and due to this great importance, a better understanding of the composition of the microbial community related to cycling of nitrogen (N) in these soils is of utmost importance for the improvement in the cultivation of sugarcane. However, little is known about the relationship between microbial groups and this crop. This study aimed to determine changes in microbial communities that participate in the transformation of N in soils derived from three areas used for sugarcane production (named A, F and J), which have a range of different management conditions and soil characteristics. Each area was analyzed in triplicate, and the extracted DNA was used to develop next generation sequencing (shotgun metagenomics and 16S rDNA), quantitative PCR (qPCR) and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP). Most of the sequences derived from Bacteria (98%; M5NR database); six stages of nitrogen cycle were annotated by MG-RAST plataform (SEED database): nitrate and nitrite ammonification (NNA); nitrogen fixation; denitrification; nitric oxide synthase; dissimilatory nitrite reductase and ammonia assimilation. This last mentioned step was the most abundant (28%) (gltB and gltD genes) and is directly linked to microbial growth in soil, since the final product of the reaction is glutamate. The second most abundant process was NNA (nir and nar genes), responsible for consuming this substrate during the cycle. Proteobacteria and Chroloflexi are present at all stages of the cycle, representing microorganisms that can participate in the N transformation and, moreover, it was possible to describe a microbial core (at an order level) represented by Sphingomonadales. Some environmental variables, such as the application of filter cake and productivity showed a significant correlation with the structure of the microbial community. This was also found for certain soil characteristics such as phosphorus, magnesium and organic matter. In addition, it was identified a high abundance of microorganisms carrying genes encoding the enzymes for nitrate and nitrite reduction pathway. Therefore, despite its complexity, the study of microbial functions of nitrogen in soils cultivated with sugarcane is innovative by accessing jointly all communities involved in this cycle, characterized by sequencing, which avoids the problems inherent in microbial cultivation and allows to infer about the hierarchy of environmental variables that influence this microbial groups.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-28112016-175102 |
| Date | 14 October 2016 |
| Creators | Júlia Elídia de Lima Perim |
| Contributors | Fernando Dini Andreote, Caio Tavora Rachid Coelho da Costa |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Agronomia (Microbiologia Agrícola), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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