Predição metagenômica, isolamento e caracterização de bactérias diazotróficas do solo de café arábica

Abstract

Microrganismos diazotróficos ou promotores de crescimento de plantas (PGPR) contribuem para o fornecimento de nitrogênio assimilável (NH4?) as plantas. Investigações sobre esses grupos microbianos em culturas não leguminosas, como o café, oferecem insights promissores alinhados às demandas da agricultura de baixo impacto ambiental. Neste estudo, investigamos comunidades bacterianas associadas ao solo de duas fazendas produtoras de Coffea arabica. Realizou-se uma predição metagenômica de potenciais bactérias fixadoras de nitrogênio, com base nos genes estruturais nifHDK, vnfHDK e anfHDK, que codificam as isoformas Fe-Mo, Fe-V e Fe-Fe da nitrogenase. Paralelamente, foram realizados o isolamento, identificação molecular e testes in vitro com microrganismos cultiváveis dessas áreas. A análise metagenômica revelou a presença de táxons com genes de isoformas alternativas da nitrogenase no solo da Fazenda 2. Entre os gêneros isolados, destacaram-se Priestia, Dyella, Streptomyces e Luteibacter, com capacidade para fixação biológica de nitrogênio, produção de fitohormônios e solubilização de fosfato inorgânico. Os resultados indicam que a comunidade de bactérias diazotróficas do solo é dinâmica e que abordagens metagenômicas combinadas com o isolamento microbiano se complementam, permitindo não apenas a identificação de diversidade genética funcional latente, mas também a possibilidade de validação do potencial biotecnológico de diazótrofos de vida livre em cafeeiros. Palavras-chave: Fixação Biológica de Nitrogênio; Predição funcional; Microbiota do Solo.

Diazotrophic or plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) contribute to the supply of assimilable nitrogen (NH4?) in plants. Studies on these microbial groups in non- leguminous crops, such as coffee, offer promising insights aligned with the demands of low-impact agriculture. In this study, we investigated bacterial communities associated with the soil of two Coffea arabica-producing farms. A metagenomic prediction of potential nitrogen-fixing bacteria was conducted based on the structural genes nifHDK, vnfHDK, and anfHDK, which encode the Fe-Mo, Fe-V, and Fe-Fe isoforms of nitrogenase, respectively. In parallel, cultivable microorganisms from these areas were isolated, identified molecularly, and subjected to in vitro tests. Metagenomic analysis revealed the presence of taxa harboring genes for alternative nitrogenase isoforms in the soil of Farm 2. Among the isolated genera, Priestia, Dyella, Streptomyces, and Luteibacter stood out for their abilities in biological nitrogen fixation, phytohormone production, and inorganic phosphate solubilization. The results indicate that the soil diazotrophic bacterial community is dynamic and that metagenomic approaches combined with microbial isolation are complementary, enabling not only the identification of latent functional genetic diversity but also the validation of the biotechnological potential of free-living diazotrophs in coffee cultivation. Keywords: Biological Nitrogen Fixation; Functional Prediction; Soil Microbiota.