Endophytic bacterial communities of Halimione portulacoides

Abstract

Os sapais são ecossistemas marinhos altamente produtivos que frequentemente recebem contaminantes de natureza antropogénica. A Ria de Aveiro encontra-se no noroeste de Portugal e contém numerosos sapais. Halimione portulacoides é um dos halófitos mais importantes em sapais Europeus e tem sido amplamente estudada devido ao seu potencial para ser usada em fins de fitorremediação, e como bioindicador de contaminação de sedimentos. Bactérias endofíticas podem apresentar capacidade promotora do crescimento de plantas (PCP), quer diretamente por produção de fito-hormonas e aquisição de nutrientes, quer indiretamente via competição com fitopatogenos. No presente trabalho, a diversidade de bactérias endofíticas da planta de sapal H. portulacoides da Ria de Aveiro é explorada extensivamente. Isolados de bactérias endofíticas foram obtidos e caracterizados quanto à sua taxonomia, capacidade de produzir enzimas e características PCP. As características mais observadas foram atividade celulolítica, xilanolítica e desaminase de 1-aminociclopropano-1-carboxilato, e a produção da auxina ácido indol-3-acético. Os resultados revelaram um enorme potencial da coleção para PCP in vitro e in vivo. A coleção de isolados foi também explorada para procurar diversidade não descrita. Como resultado, dez novas espécies de bactérias foram amplamente caracterizadas e descritas: Microbacterium diaminobutyricum, Saccharospirillum correiae, Altererythrobacter halimionae, Altererythrobacter endophyticus, Zunongwangia endophytica, Salinicola halimionae, Salinicola aestuarina, Salinicola endophytica, Salinicola halophytica e Salinicola lusitana. Consequentemente, o presente trabalho expôs a endosfera de H. portulacoides como um foco de diversidade bacteriana desconhecida. A composição taxonómica da comunidade endofítica foi averiguada via sequenciação do gene 16S rRNA da coleção de isolados, e mais profundamente com a utilização de sequenciação de alto rendimento independente do cultivo. A última abordagem revelou cinco filos principais: Proteobacteria, Planctomycetes, Actinobacteria, Bacteroidetes e Firmicutes. Destes, apenas Planctomycetes não foi obtido na coleção de isolados. As comunidades diferiram de acordo com o local (no ensaio dependente do cultivo, para locais contaminados e não-contaminado) e tecido (em ambos os ensaios) de amostragem. As principais famílias obtidas no endofitoma nuclear foram Oceanospirillaceae em tecidos de parte aérea, e Enterobacteriaceae e Kiloniellaceae em tecidos de raiz. O trabalho apresentado providenciou uma compreensão profunda das bactérias endofíticas presentes no halófito H. portulacoides, e expôs o seu potencial como foco de bactérias não descritas e bactérias promotoras do crescimento de plantas.

Salt marshes are highly productive marine ecosystems that often act as a sink for contaminants of anthropogenic nature. The Ria de Aveiro lagoon is located in the north-west of Portugal and comprises numerous salt marshes. Halimione portulacoides is one of the most important halophytes in European salt marshes and has been widely researched for its potential for phytoremediation, and as a bioindicator of sediment contamination. Endophytic bacteria can present plant growth promotion (PGP) abilities, either directly by production of phytohormones and nutrient uptake, or indirectly via competition with phytopathogens. In the present work, the diversity of endophytic bacteria from the salt marsh plant H. portulacoides from Ria de Aveiro is extensively explored. Endophytic bacterial isolates were obtained and characterized for their taxonomy, ability to produce specific enzymes and PGP traits. The most observed traits were cellulolytic, xylanolytic and 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase activities, and the production of the auxin indol-3-acetic acid. The results revealed an enormous potential of the collection for in vitro and in vivo PGP. The collection of isolates was also explored for undescribed diversity. As a result, ten novel bacterial species were thoroughly characterized and described: Microbacterium diaminobutyricum, Saccharospirillum correiae, Altererythrobacter halimionae, Altererythrobacter endophyticus, Zunongwangia endophytica, Salinicola halimionae, Salinicola aestuarina, Salinicola endophytica, Salinicola halophytica and Salinicola lusitana. Consequently, the present work exposes the endosphere of H. portulacoides as a hotspot of unknown bacterial diversity. The taxonomic composition of the endophytic community was assessed via 16S rRNA gene sequencing of the isolate collection, and with more depth using culture-independent high-throughput sequencing. The latter approach revealed five main phyla: Proteobacteria, Planctomycetes, Actinobacteria, Bacteroidetes and Firmicutes. From these, only Planctomycetes was not obtained in the isolate collection. The communities differed according to sampling site (for the culture-dependent assay, for contaminated and non-contaminated sites) and tissue (in both assays). The main families found in the core endophytome were Oceanospirillaceae for aboveground tissues, and Enterobacteriaceae and Kiloniellaceae for belowground tissues. The present work provided a deep understanding of the endophytic bacteria present in the halophyte H. portulacoides, and exposed its potential as a hotspot of undescribed bacteria and plant growth promoting bacteria.