Aspectos estructurales y funcionales de las comunidades microbianas del suelo en una cronosecuencia de uso agrícola del pedemonte de Yungas

Las Yungas del noroeste argentino han sido fuertemente afectadas por el desmonte de tierras prístinas, en particular de pedemonte, para el cultivo extensivo. El objetivo de esta tesis fue estudiar, a través de una cronosecuencia, el efecto del desmonte y el tiempo bajo uso agrícola sobre las comunidades microbianas del suelo (CMS) en una zona productiva de la región. El muestreo se realizó sobre tres fincas como réplicas independientes de cada categoría de uso: 0, 3-5, 11-14 y 28-30 años de cultivo. Se evaluaron aspectos estructurales y funcionales de las CMS, así como su resistencia y resiliencia al estrés hídrico. Luego de 3-5 años de cultivo se destacó una reducción en biomasa microbiana y funciones hidrolíticas (fosfatasa ácida y amonificación), y un incremento en respiración basal y cociente metabólico qCO2 (i.e., menor eficiencia metabólica). Asimismo, con PCR cuantitativo se detectó una reducción en la abundancia de metanótrofos totales y de tipo II. La mayoría de las variables se estabilizaron (biomasa, actividad hidrolítica) o restablecieron parcialmente (respiración, qCO2) a lo largo de la cronosecuencia. En respuesta al estrés hídrico impuesto, las CMS de larga historia agrícola presentaron la mayor resistencia y resiliencia en biomasa, estructura de ácidos grasos de los fosfolípidos y eficiencia metabólica. Por su parte, las CMS de monte de destacaron por su resiliencia en estos aspectos y mayor resistencia en la utilización de un sustrato recalcitrante, mientras que las de corta historia agrícola se mostraron en general más frágiles y variables. Los resultados sugieren que las CMS se alteran marcadamente con posterioridad al desmonte, en respuesta a cambios en la cobertura vegetal y a las labores ligadas a esta transición, en tanto que sucesivos años bajo el mismo manejo agrícola parecen inducir una homogeneización de las CMS junto con una adaptación a las condiciones impuestas por la agricultura

Aspectos estructurales y funcionales de las comunidades microbianas del suelo en una cronosecuencia de uso agrícola del pedemonte de Yungas

Las Yungas del noroeste argentino han sido fuertemente afectadas por el desmonte de tierras prístinas, en particular de pedemonte, para el cultivo extensivo. El objetivo de esta tesis fue estudiar, a través de una cronosecuencia, el efecto del desmonte y el tiempo bajo uso agrícola sobre las comunidades microbianas del suelo (CMS) en una zona productiva de la región. El muestreo se realizó sobre tres fincas como réplicas independientes de cada categoría de uso: 0, 3-5, 11-14 y 28-30 años de cultivo. Se evaluaron aspectos estructurales y funcionales de las CMS, así como su resistencia y resiliencia al estrés hídrico. Luego de 3-5 años de cultivo se destacó una reducción en biomasa microbiana y funciones hidrolíticas (fosfatasa ácida y amonificación), y un incremento en respiración basal y cociente metabólico qCO2 (i.e., menor eficiencia metabólica). Asimismo, con PCR cuantitativo se detectó una reducción en la abundancia de metanótrofos totales y de tipo II. La mayoría de las variables se estabilizaron (biomasa, actividad hidrolítica) o restablecieron parcialmente (respiración, qCO2) a lo largo de la cronosecuencia. En respuesta al estrés hídrico impuesto, las CMS de larga historia agrícola presentaron la mayor resistencia y resiliencia en biomasa, estructura de ácidos grasos de los fosfolípidos y eficiencia metabólica. Por su parte, las CMS de monte de destacaron por su resiliencia en estos aspectos y mayor resistencia en la utilización de un sustrato recalcitrante, mientras que las de corta historia agrícola se mostraron en general más frágiles y variables. Los resultados sugieren que las CMS se alteran marcadamente con posterioridad al desmonte, en respuesta a cambios en la cobertura vegetal y a las labores ligadas a esta transición, en tanto que sucesivos años bajo el mismo manejo agrícola parecen inducir una homogeneización de las CMS junto con una adaptación a las condiciones impuestas por la agricultura

Long-term legacy of land-use change in soils from a subtropical rainforest: Relating microbiological and physicochemical parameters

Tropical and subtropical ecosystems are widely affected by the expansion of agriculture over pristine lands. Despite research efforts, knowledge of the impact of land-use change on soil is still limited by intrinsic variability, inconsistent results and inadequate replication. This study aimed to better understand the consequences of land-use change by focusing on long-term effects on both soil biotic and abiotic parameters. For this purpose, we selected three productive farms under similar management, each of them with pristine forest sites and agricultural sites that had been deforested for ~15 and ~30 years. In each site, we analysed soil microbiological (phospholipid fatty acids [PLFAs], biomass and activity) and physicochemical parameters. Long-term land-use change caused a detriment in soil microbial biomass, activity and fungal abundance, but only small changes in PLFA composition. In fact, PLFA composition was more affected by soil physicochemical properties such as carbon-to-nutrient ratios and labile carbon than by land use. Some physicochemical parameters (e.g., organic carbon and nutrients) were also negatively affected by land-use change and were more sensitive to time under agricultural use than microbiological parameters. The lower sensitivity of microbiological parameters could be the result of severe drought conditions at sampling, which may have affected soil microbial communities in both land uses. We were also able to detect associations between specific microbiological and physicochemical parameters. Among these, we identified some that seemed to result from their co-variation in response to land-use change and others that seemed to be independent of land use. Overall, our results show that soils can suffer further deterioration several years after deforestation. In order to restore soil health in these degraded lands, we need to keep on investigating the physical, chemical and biological mechanisms responsible for this deterioration. Highlights: Land-use change affected soil microbiological and physicochemical parameters. Microbiological parameters seemed to stabilize after continuous agriculture. Soil organic C, total N and fine particles were still reduced after long-term cultivation. Microbiological parameters were mostly associated with C-to-nutrient ratios and labile C. Drought conditions may have affected microbial response to land-use change.Fil: Tosi, Micaela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; ArgentinaFil: Chludil, Hugo Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos; ArgentinaFil: Correa, Olga Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; ArgentinaFil: Vogrig, Jimena Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; ArgentinaFil: Montecchia, Marcela Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentin

Genotypic Characterization of Azotobacteria Isolated from Argentinean Soils and Plant-Growth-Promoting Traits of Selected Strains with Prospects for Biofertilizer Production

The genetic diversity among 31 putative Azotobacter isolates obtained from agricultural and non-agricultural soils was assessed using rep-PCR genomic fingerprinting, and identified to species level by ARDRA and partial 16S rRNA gene sequence analysis. High diversity was found among the isolates, identified as A. chroococcum, A. salinestris and A. armeniacus. Selected isolates were characterized on the basis of phytohormone biosynthesis, nitrogenase activity, siderophore production and phosphate solubilization. Indole-3 acetic-acid (IAA), gibberellin (GA3)and zeatin (Z) biosynthesis, nitrogenase activity and siderophore production were found in all evaluated strains, with variation among them, but no phosphate solubilization was detected. Phytohormones excreted to the culture medium ranged the following concentrations: 2.2-20 µg IAA ml-1, 0.3-0.7 µg GA3 ml-1, 0.5-1.2 µg Z ml-1. Seed inoculations with further selected Azotobacter strains and treatments with their cell-free cultures increased the number of seminal roots and root hairs in wheat seedlings. This latter effect was mimicked by treatments with IAA-pure solution but it was not related with bacterial root colonization. Our survey constitutes a first approach to the knowledge of Azotobacter species inhabiting Argentinean soils, in three contrasting geographical regions. Moreover, this phenotypic characterization constitutes an important contribution to the selection of Azotobacter strains for biofertilizer formulations.Fil: Rubio, Esteban Julio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias. Centro de Investigación de Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Microbiología y Zoología Agrícola; Argentina;Fil: Montechia, Marcela Susana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiologia Agrícola; Argentina;Fil: Tosi, Micaela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina; Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiologia Agrícola; Argentina;Fil: Cassan, Fabricio Dario. Universidad Nacional de Rio Cuarto. Facultad de Cs.exactas Fisicoquimicas y Naturales. Departamento de Cs.naturales. Laboratorio de Fisiologia Vegetal y de la Interaccion Planta-microorganismo; Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Ciencias Naturales; Argentina;Fil: Perticari, Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias. Centro de Investigación de Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Microbiología y Zoología Agrícola; Argentina;Fil: Correa, Olga Susana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiologia Agrícola; Argentina

It takes three to tango: the importance of microbes, host plant, and soil management to elucidate manipulation strategies for the plant microbiome

The world’s population is expected to grow to almost 10 billion by 2050, placing unprecedented demands on agriculture and natural resources. The risk in food security is also aggravated by climate change and land degradation, which compromise agricultural productivity. In recent years, our understanding of the role of microbial communities on ecosystem functioning, including plant-associated microbes, has advanced considerably. Yet, translating this knowledge into practical agricultural technologies is challenged by the intrinsic complexity of agroecosystems. Here, we review current strategies for plant microbiome manipulation, classifying them into three main pillars: (i) introducing and engineering microbiomes, (ii) breeding and engineering the host plant, and (iii) selecting agricultural practices that enhance resident soil and plant-associated microbial communities. In each of these areas, we analyze current trends in research, as well as research priorities and future perspectives.The accepted manuscript in pdf format is listed with the files at the bottom of this page. The presentation of the authors' names and (or) special characters in the title of the manuscript may differ slightly between what is listed on this page and what is listed in the pdf file of the accepted manuscript; that in the pdf file of the accepted manuscript is what was submitted by the author

Cover Crops Modulate the Response of Arbuscular Mycorrhizal Fungi to Water Supply: A Field Study in Corn

Cover crops (CCs) were found to improve soil health by increasing plant diversity and ground cover. They may also improve water supply for cash crops by reducing evaporation and increasing soil water storage capacity. However, their influence on plant-associated microbial communities, including symbiotic arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), is less well understood. In a corn field trial, we studied the response of AMF to a four-species winter CC, relative to a no-CC control, as well as to two contrasting water supply levels (i.e., drought and irrigated). We measured AMF colonization of corn roots and used Illumina MiSeq sequencing to study the composition and diversity of soil AMF communities at two depths (i.e., 0–10 and 10–20 cm). In this trial, AMF colonization was high (61–97%), and soil AMF communities were represented by 249 amplicon sequence variants (ASVs) belonging to 5 genera and 33 virtual taxa. Glomus, followed by Claroideoglomus and Diversispora (class Glomeromycetes), were the dominant genera. Our results showed interacting effects between CC treatments and water supply levels for most of the measured variables. The percentage of AMF colonization, arbuscules, and vesicles tended to be lower in irrigated than drought sites, with significant differences detected only under no-CC. Similarly, soil AMF phylogenetic composition was affected by water supply only in the no-CC treatment. Changes in the abundance of individual virtual taxa also showed strong interacting effects between CCs, irrigation, and sometimes soil depth, although CC effects were clearer than irrigation effects. An exception to these interactions was soil AMF evenness, which was higher in CC than no-CC, and higher under drought than irrigation. Soil AMF richness was not affected by the applied treatments. Our results suggest that CCs can affect the structure of soil AMF communities and modulate their response to water availability levels, although soil heterogeneity could influence the final outcome.Fil: Tosi, Micaela. University of Guelph; Canadá. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; ArgentinaFil: Ogilvie, Cameron M.. University of Guelph; CanadáFil: Spagnoletti, Federico Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; ArgentinaFil: Fournier, Sarah. University of Guelph; CanadáFil: Martin, Ralph. University of Guelph; CanadáFil: Dunfield, Kari E.. University of Guelph; Canad

Land-use change affects the functionality of soil microbial communities: A chronosequence approach in the Argentinian Yungas

Land-use change has drastically reduced the area of pristine forests in tropical and subtropical regions. In NWArgentina, Yungas forests were among the most affected by deforestation for the implementation of agricultural crops. Conversion of forests to croplands modified the structure and function of soil microbial communities, but its effects on soil functionality across time after land-use change are understudied. Therefore, the objective of this study was to analyze the impact of land-use change and time under cultivation on the functionality of microbial communities in these soils. We established a 30- year old chronosequence comprising 4 stages (forest and short-, mid- and long-term agriculture) in 3 independent farms. Together with soil physicochemical properties, we measured microbial biomass carbon, basal respiration, ammonification, acid and alkaline phosphomonoesterase activities, and community-level physiological profiling (CLPP). During the first years of cultivation, the functionality and biomass of soil microbial communities were strongly affected. Compared to forest soils, short-term agricultural soils exhibited a reduction on microbial biomass ( 45%), ammonification ( 67%) and acid phosphomonoesterase activity ( 41%). Moreover, increased basal respiration (up to 94%) and metabolic quotient in those soils suggested radical changes in functionality at the beginning of the chronosequence. However, CLPP evidenced that older agricultural sites had an increased global catabolic response per unit biomass, while it detected no differences in physiological diversity of soil microbial communities along the chronosequence. The lack of differences detected between mid- and long-term agricultural sites, in addition to a reduced inter-site variability, evidences an apparent stabilization and homogenization of soil microbial communities towards the end of the chronosequence. In contrast with physicochemical variables, microbiological variables had a greater performance for characterizing the different stages of the agricultural chronosequence and the impact of land-use change on soil functionality.Fil: Tosi, Micaela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiología Agrícola; ArgentinaFil: Correa, Olga Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiología Agrícola; ArgentinaFil: Soria, Marcelo Abel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiología Agrícola; ArgentinaFil: Vogrig, Jimena Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiología Agrícola; ArgentinaFil: Sydorenko, Oksana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiología Agrícola; ArgentinaFil: Montecchia, Marcela Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Departamento de Biología Aplicada y Alimentos. Cátedra de Microbiología Agrícola; Argentin

Pyrosequencing reveals changes in soil bacterial communities after conversion of Yungas forests to agriculture.

The Southern Andean Yungas in Northwest Argentina constitute one of the main biodiversity hotspots in the world. Considerable changes in land use have taken place in this ecoregion, predominantly related to forest conversion to croplands, inducing losses in above-ground biodiversity and with potential impact on soil microbial communities. In this study, we used high-throughput pyrosequencing of the 16S ribosomal RNA gene to assess whether land-use change and time under agriculture affect the composition and diversity of soil bacterial communities. We selected two areas dedicated to sugarcane and soybean production, comprising both short- and long-term agricultural sites, and used the adjacent native forest soils as a reference. Land-use change altered the composition of bacterial communities, with differences between productive areas despite the similarities between both forests. At the phylum level, only Verrucomicrobia and Firmicutes changed in abundance after deforestation for sugarcane and soybean cropping, respectively. In cultivated soils, Verrucomicrobia decreased sharply (~80%), while Firmicutes were more abundant. Despite the fact that local diversity was increased in sugarcane systems and was not altered by soybean cropping, phylogenetic beta diversity declined along both chronosequences, evidencing a homogenization of soil bacterial communities over time. In spite of the detected alteration in composition and diversity, we found a core microbiome resistant to the disturbances caused by the conversion of forests to cultivated lands and few or none exclusive OTUs for each land-use type. The overall changes in the relative abundance of copiotrophic and oligotrophic taxa may have an impact in soil ecosystem functionality. However, communities with many taxa in common may also share many functional attributes, allowing to maintain at least some soil ecosystem services after forest conversion to croplands

Principal component analysis of soil chemical variables.

<p>Empty and filled symbols correspond to soils from Jujuy and Salta, respectively. Shape of symbol represents land use: forests (circles), short-term (triangles) and long-term agriculture (squares).</p