Endophytes are microorganisms living inside plant tissues, that can be isolated from them after surface sterilization. Roots and nodules of leguminous plants harbour a large number of endophytic bacteria. Recent studies have been revealing the existence of an incredibly diverse population of bacteria residing within nodules, other than rhizobia, collectively known as non rhizobia endophytes (NRE). NRE include potential plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), nevertheless, few studies of the role of these NRE present in the nodules and of the factors driving the community assembly have been conducted.
The aim of this study was to explore the diversity of culturable endophytic bacterial communities of nodules and roots of hairy vetch (Vicia villosa Roth) plants, grown on two substrate types, differentiated for the phosphorus content. Root endophytes were investigated, in parallel to nodule endophytes, to see if endophytic populations differentiated themselves between nodule and root samples. In order to analyse the diversity of endophytes, we employed a combination of traditional plating and isolation procedures and PCR-DGGE analyses performed on the isolates. At the same time, some PGP traits (phosphate solubilization ability, hydrolytic enzymes production, N-fixation potential) were tested through in vitro and molecular assays. Representative strains of root and nodule endophytes were identified by 16S rRNA gene sequencing and the strains isolated from nodules were reinoculated in sterile seeds of hairy vetch, in co-inoculum with a Rhizobium leguminosarum strain or alone, to confirm their ability and proficiency in nodule colonisation.
We obtained 17 isolates from nodules and 34 from roots. We found a greater diversity in roots rather than in nodules and we noticed an influence of the different levels of phosphorus content in driving the composition of endophytes. Overall, nodule isolates did not show any remarkable PGPR trait, while several root endophytes were phosphorus solubilizers and many were proteases productors. According to the 16S rRNA gene sequence analysis, the endophytic population was different between nodules and roots. Species identified from root samples were more promising than nodule species, since all of them potentially have beneficial features for plant growth. The plant colonisation assay showed that only one inoculated strain was capable of recolonizing the plant host.
Gli endofiti sono microorganismi che vivono all'interno dei tessuti delle piante e che possono essere isolati dopo averne sterilizzato la superficie. Le radici e i noduli delle leguminose ospitano un gran numero di batteri endofiti. Studi recenti hanno rivelato l'esistenza di una popolazione incredibilmente diversificata di batteri che risiedono all'interno dei noduli, in aggiunta ai rhizobia, collettivamente noti come non rhizobia endophytes (NRE). I NRE includono rizobatteri che potenzialmente promuovono la crescita delle piante (plant growth promoting rhizobacteria, PGPR), tuttavia, sono stati condotti pochi studi sul ruolo di questi NRE presenti nei noduli e sui fattori che guidano l’assemblaggio della comunità.
Lo scopo di questo studio era esplorare la diversità delle comunità batteriche endofitiche coltivabili di noduli e radici di piante di veccia pelosa (Vicia villosa Roth), cresciute su due tipi di substrato, differenziati per il contenuto di fosforo. Gli endofiti radicali sono stati investigati, parallelamente agli endofiti dei noduli, per vedere se le popolazioni endofite si differenziavano tra campioni di noduli e di radice. Per analizzare la diversità degli endofiti, abbiamo impiegato una combinazione di tradizionali procedure di campionamento e isolamento e analisi PCR-DGGE sugli isolati. Allo stesso tempo, alcuni tratti PGP (capacità di solubilizzazione del fosforo, produzione di enzimi idrolitici, fissazione dell'azoto) sono stati testati attraverso saggi in vitro e molecolari. Ceppi rappresentativi di endofiti radicali e di noduli sono stati identificati mediante sequenziamento del gene 16S rRNA e i ceppi isolati dai noduli sono stati reinoculati in semi sterili di veccia, in coinoculo con un ceppo di Rhizobium leguminosarum o da soli, per confermare la loro capacità e competenza nella colonizzazione dei noduli.
Abbiamo ottenuto 17 isolati dai noduli e 34 dalle radici. Abbiamo trovato una maggiore diversità nelle radici piuttosto che nei noduli e abbiamo notato un'influenza dei diversi livelli di fosforo sulla composizione endofitica. Nel complesso, gli isolati dei noduli non hanno mostrato particolari tratti PGPR, mentre diversi endofiti radicali erano solubilizzatori del fosforo e molti erano produttori di proteasi. Il sequenziamento del gene 16S rRNA ha evidenziato che la popolazione endofitica era diversa tra noduli e radici. Le specie identificate dai campioni di radici erano più promettenti delle specie isolate dai noduli, poiché tutte potenzialmente hanno delle caratteristiche benefiche per le piante. Il saggio di ricolonizzazione ha mostrato che solo un ceppo inoculato era in grado di ricolonizzare i noduli della pianta ospite.