Устойчивость к кадмию и таксономическое разнообразие культивируемых бактерий, выделенных из клубеньков Inga sp., корней Quararibea sp. и ризосферной почвы в агролесоводческих системах выращивания какао в перуанской Амазонии
Cadmium tolerance and taxonomic diversity of cultivable bacteria isolated from Inga sp. nodules, Quararibea sp. roots and rhizosphere soil in cocoa agroforestry systems of the Peruvian Amazon
Jessenia Shirley Ramos Armaulia, Santos Triunfo Leiva Espinoza, Segundo Manuel Oliva Cruz
Аннотация (перевод)
Загрязнение кадмием (Cd) почв под какао в перуанской Амазонии угрожает устойчивости производства и доступу на международный рынок. В этом исследовании было охарактеризовано таксономическое и геномное разнообразие бактерий, выделенных из клубеньков Inga sp., корней Quararibea sp. и ризосферной почвы в агролесоводческих системах какао в Багуа, Амасонас, Перу (1.02–3.54 mg Cd kg −1 ), а также оценены фенотипы устойчивости к Cd in vitro . Из 93 исходных изолятов 53 росли в условиях кадмиевого скрининга; 23 были отобраны для секвенирования по Сэнгеру, что дало 12 высококачественных последовательностей 16S rRNA, пригодных для последующего филогенетического анализа (GenBank: PZ012327–PZ012338). Эти штаммы были идентифицированы с помощью секвенирования гена 16S rRNA и фингерпринтинга методом BOX-PCR, что выявило их распределение по трем типам бактерий (Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria) и пяти классам. Примечательно, что из клубеньков Inga sp. не было выделено ризобий sensu stricto; все полученные из клубеньков изоляты являлись неризобиальными эндофитами (NREs), принадлежащими к Achromobacter , Pseudomonas , Klebsiella , Priestia и Glutamicibacter . С помощью BOX-PCR было выявлено 12 уникальных генотипов (Shannon H′ = 2.485), распределенных по четырем геномным кластерам, не связанным с филогенетической принадлежностью. Устойчивость к Cd (25–200 ppm) оценивали по OD₆₀₀ в среде TY. Индексы толерантности (0.190–0.643) позволили классифицировать штаммы по квартилям: высокотолерантные ( n = 3), толерантные ( n = 3), чувствительные ( n = 3) и высокочувствительные ( n = 3). JSRA_S05 ( K. va r iicola ) продемонстрировал четкий гормезис (TI = 1.235 при 25 ppm), тогда как JSRA_S08 ( Glutamicibacter sp.) проявил возможную горметическую тенденцию (TI = 1.012 при 50 ppm). Значения IC₅₀ (0.18–719.7 ppm) показали низкую корреляцию с TI ( ρ < 0.1), что указывает на взаимодополняющие аспекты устойчивости. Устойчивость была штаммоспецифичной, о чем свидетельствовали противоположные реакции двух штаммов K. variicola (высокотолерантный JSRA_S05 против высокочувствительного JSRA_N14). Штаммы, ассоциированные с Quararibea sp., неизменно входили в число наиболее толерантных. Три штамма (JSRA_S05, JSRA_S08 и JSRA_R15), сочетающие высокую физиологическую устойчивость с таксономическим разнообразием и разнообразием источников выделения, предложены в качестве приоритетных кандидатов для функциональной оценки в тестах на биосорбцию, биоаккумуляцию и инокуляцию растений. Эти культурозависимые результаты показывают, что в использованных условиях культивирования в культивируемой бактериальной фракции, выделенной из подверженных воздействию Cd клубеньков Inga sp. в амазонских агроэкосистемах какао, преобладают неризобиальные эндофиты, представляющие собой перспективный биологический ресурс для дальнейших исследований в области биоремедиации. Вопрос о том, действительно ли классические ризобии отсутствуют или просто не были выделены в данных условиях, требует подтверждения культуронезависимыми методами.
Оригинальная аннотация
Cadmium (Cd) contamination in the Peruvian Amazon cocoa soils threatens production sustainability and international market access. This study characterized the taxonomic and genomic diversity of bacteria isolated from Inga sp. nodules, Quararibea sp. roots, and rhizosphere soil in cocoa agroforestry systems in Bagua, Amazonas, Peru (1.02–3.54 mg Cd kg −1 ), and evaluated the Cd tolerance phenotypes in vitro . From 93 initial isolates, 53 grew under cadmium screening; 23 were selected for Sanger sequencing, yielding 12 high-quality 16S rRNA sequences suitable for downstream phylogenetic analysis (GenBank: PZ012327–PZ012338). These strains were identified via 16S rRNA gene sequencing and BOX-PCR fingerprinting, revealing distribution across three bacterial phyla (Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria) and five classes. Notably, no rhizobia sensu stricto were recovered from Inga sp. nodules; all nodule-derived isolates were non-rhizobial endophytes (NREs) belonging to Achromobacter , Pseudomonas , Klebsiella , Priestia , and Glutamicibacter . BOX-PCR identified 12 unique genotypes (Shannon H′ = 2.485) distributed in four genomic clusters unrelated to phylogenetic affiliation. The Cd tolerance (25–200 ppm) was assessed via OD₆₀₀ in TY medium. Tolerance indices (0.190–0.643) classified strains into quartiles: highly tolerant ( n = 3), tolerant ( n = 3), sensitive ( n = 3), and highly sensitive ( n = 3). JSRA_S05 ( K. va r iicola ) showed clear hormesis (TI = 1.235 at 25 ppm), whereas JSRA_S08 ( Glutamicibacter sp.) exhibited a possible hormetic tendency (TI = 1.012 at 50 ppm). IC₅₀ values (0.18–719.7 ppm) showed low correlation with TI ( ρ < 0.1), indicating complementary dimensions of tolerance. Tolerance was strain-specific, as evidenced by opposite responses of two K. variicola strains (highly tolerant JSRA_S05 versus highly sensitive JSRA_N14). Strains associated with Quararibea sp. were consistently among the most tolerant. Three strains (JSRA_S05, JSRA_S08, and JSRA_R15), combining high physiological tolerance with taxonomic and source diversity, are proposed as priority candidates for functional evaluation in biosorption, bioaccumulation, and plant-inoculation assays. These culture-dependent findings indicate that, under the cultivation conditions employed, the cultivable bacterial fraction recovered from Cd-impacted Inga sp. nodules in Amazonian cocoa agroecosystems is dominated by non-rhizobial endophytes, representing a promising biological resource for further bioremediation studies. Whether classical rhizobia are truly absent or simply not retrieved under these conditions requires culture-independent confirmation.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/08a1f941-013e-42aa-bead-b44a4bafa5cf
DOI: 10.3389/fmicb.2026.1845000
OpenAlex: W7201853016