Diversidad genética y especificidad de huésped de las cepas de Frankia aisladas de la familia Rhamnaceae

Abstract

Frankia es un actinomiceto fijador de nitrógeno que establece una asociación simbiótica con plantas actinorrícicas formando nódulos radiculares. Rhamnaceae es una de las familias actinorrícias y sus géneros se encuentran formando parte del matorral esclerofitico de Chile central. La familia está compuesta por 7 géneros, Trevoa, Colletia, Retanilla, Discaria, Talguenea y Ceanothus, donde algunos géneros tal como Talguenea son endémicas. La extensión de diversidad genética de cepas de Frankia aisladas de esta familia se estudió mediante polimorfismo enzimático multilocus y la secuencia del rDNA 16S. Las relaciones filogenéticas se establecieron entre miembros de Frankia aislados de Rhamnaceae y otras familias actinorrícicas. Además, la capacidad de cepas nativas de infectar y fijar nitrógeno en simbiosis con su planta huésped y plantas de la familia Elaeagnaceae se determinó por ensayos de inoculación cruzada para determinar el grupo de infectividad. El análisis de 8 sistemas enzimáticos usando electroforesis en geles de poliacrilamida (PAGE) con tinción especifica para cada enzima mostró que cepas de Frankia representativas de 4 de las 8 familias actinorrícicas se distribuían en 3 grupos principales; un grupo con todas las cepas aisladas de plantas pertenecientes a la familia Rhamnaceae; un segundo grupo con las cepas aisladas de plantas pertenecientes a la familia Betulaceae, y un tercer grupo con cepas de la familia Casuarinaceae. Por otra parte, el análisis del rDNA 16S mostró tres clusters. El primero era un cluster Rhamnaceae/Elaeagnaceae, lo cual corrobora lo encontrado anteriormente de una baja variabilidad genética entre estas familias. El género Ceanothus sp. (Rhamnaceae) formó un segundo cluster con la familia Rosaceae. Un tercer cluster agrupó representantes de las familias Myricaceae, Betulaceae y Casuarinaceae. Los ensayos de inoculación cruzada mostraron que cepas de Frankia aisladas de plantas rhamnáceas eran capaces de infectar plantas hospederas pertenecientes a las familias Rhamnaceae y Elaeagnaceae. Las cepas ensayadas eran infectivas y efectivas, siendo capaces de nodular y fijar nitrógeno. Esto apoya la hipótesis que cepas derivadas de las familias Rhamnaceae y Elaeagnaceae constituyen un grupo de inoculación cruzada.

Frankia is a nitrogen fixing actinomycete, which establishes a symbiotic association with actinorhizal plants forming root nodules. Rhamnaceae is one of the actinorhizal families and some of its genera are found forming part of the esclerofitic matorral of central Chile. The family is composed of 7 genera, Trevoa, Colletia, Retanilla, Discaria, Talguenea and Ceanothus, where some genera such as Talguenea are endemic. The extent of the genetic diversity of Frankia strains isolated from this actinorhizal family was studied by multilocus enzymatic polymorphism and 16S rDNA sequence. The phylogenetic relationships were established between members of Frankia isolated from the Rhamnaceae and other actinorhizal families. Furthermore, the capacity of native strains to infect and fix nitrogen in symbiosis with their host plant and plants from the Elaeagnaceae family was assessed by cross inoculation assays to determine their infectivity group. The analysis of 8 enzyme systems using polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) with specific staining for each enzyme showed that Frankia strains representing 4 of the 8 actinorhizal families were distributed in 3 main groups; a group containing strains isolated from plants belonging to the Rhamnaceae family; a second group with strains isolated from plants from the Betulaceae family, and a third group containing strains belonging to the Casuarinaceae family. Likewise, the 16S rDNA sequence analysis showed three main clusters. The first was a Rhamnaceae/Elaeagnaceae cluster, supporting the previous finding of a low degree of genetic variability between these two families. The genus Ceanothus sp. (Rhamnaceae) formed a second cluster with a strain isolated from the Rosaceae family. A third cluster grouped representatives of the Myricaceae, Betulaceae and Casuarinaceae families as previously published. The cross inoculation assays found that Frankia strains isolated from rhamnaceous plants were able to infect host plants belonging to the Rhamnaceae and Elaeagnaceae families. The strains assayed were both infective and effective, being capable of nodulating and fixing nitrogen. This supports the hypothesis that strains derived from Rhamnaceae and Elaeagnaceae plants constitute a cross inoculation group.