Caracterización Molecular Y Funcional De Biofertilizantes
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UNIVERSIDAD DE SALAMANCA DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGÍA Y GENÉTICA INSTITUTO HISPANOLUSO DE INVESTIGACIONES AGRARIAS TESIS DOCTORAL Caracterización molecular y funcional de biofertilizantes bacterianos, y análisis de su potencial para mejorar la producción de cultivos de maíz, guisante, lechuga, fresa y zanahoria Memoria presentada por José David Flores Félix para optar al Grado de Doctor por la Universidad de Salamanca Fdo. José David Flores Félix Salamanca, 2018 Dr. Eustoquio Martínez Molina, Catedrático del área de Microbiología, Dra. Mª de la Encarnación Velázquez Pérez, Catedrática del área de Microbiología, y Dr. Raúl Rivas Gónzalez, Profesor Titular del área de Microbiología. AUTORIZAN: La presentación y defensa de la Tesis Doctoral titulada “Caracterización molecular y funcional de biofertilizantes bacterianos, y análisis de su potencial para mejorar la producción de cultivos de maíz, guisante, lechuga, fresa y zanahoria”, elaborada por Don José David Flores Félix y realizada bajo nuestra dirección en el Departamento de Microbiología y Genética de la Universidad de Salamanca, para la obtención del grado de Doctor. Y para que así conste, extendemos la presente autorización en Salamanca, a 14 de Junio de 2018. Fdo. Dr. D. Eustoquio Martínez Molina Fdo. Dra. Dª. Mª de la Encarnación Velázquez Pérez Fdo. Dr. D. Raúl Rivas González “Todos somos ignorantes. Lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas” Albert Einstein Agradecimientos En primer lugar, a mis tres directores, comenzando por la Catedrática Mª de la Encarnación Velázquez sin cuya inestimable ayuda esta tesis no hubiera sido posible, por ser una infinita fuente de conocimientos, por su esfuerzo y dedicación en una etapa que ha durado más de lo que debería, pero menos de lo que desearía. Tu capacidad de esfuerzo y tesón son y serán una inspiración. Al Dr. Raúl Rivas, por la magnífica oportunidad que me brindó allá por un ya lejano año 2009, permitiéndome conocer la microbiología y sumergirme en el fantástico mundo de la investigación donde cada día es un reto y una meta en sí mismo. Por enseñarme que no hay más límite que el que uno se marca, buscando incansablemente una manera de demostrar al mundo las virtudes de la microbiología Al Catedrático Eustoquio Martínez, por todos y cada uno de los consejos y enseñanzas que siempre han llegado en el momento más oportuno, por aportar cuando más se ha necesitado esa sabiduría salomónica que ha dado calma y tranquilidad en tanto momentos de desesperación que ha tenido esta etapa. No menos importante ha sido la ayuda y guía del Catedrático Pedro Mateos, por cada uno de tanto consejos y momentos, tanto académicos como gastronómicos que durante esta tesis he tenido el placer de disfrutar. Por presentarme al Dr. Andrea Squartini, “il caro professore”, al que no puedo menos de agradecerle eternamente la oportunidad que me dio para, bajo su tutela, descubrir el mundo del Quorum sensing. A mis compañeros del grupo de batalla, a los que están, a los que se fueron y a los que han vuelto, Alexandra, Alex, Lorenas (Carro y Celador), Marta, Xavier, Sergio, Pilar, Esther, Zaki, Pepín, Rebeca, Lina, Marta Robledo. Por todas y cada una de las vivencias que hemos compartido en este camino, congresos, ratos de invernadero, radio, talleres y sobre todo ensayos de campo. Especial agradecimiento al grupo del IRNASA de la Unidad Asociada, Álvaro, Mariano y Helena por todo el apoyo y disposición para solucionar cualquier adversidad haciendo de este camino mucho más agradable. Gracias por prestarnos las instalaciones siempre que las hemos necesitado aportando como el resto su granito de arena. Por supuesto, gracias a todos aquéllos que durante este largo camino han hecho de él, un viaje inolvidable en nuestro departamento, Inma, Luis, Nieves, Mamen, Pilar, Ricardo, Manolo y Fernando. A la gente de la Universidad de León, Fernando, Rebeca, Raquel, Daniel, Cesar y Juan. A mis compañeros de Agripolis, Jesus, Vincius, Armin, Junior, Sabrina, Laura, los Lorenzos, Madiha, Guilherme, mil gracias por aceptarme y hacerme sentir tan querido, por todos y cada uno de los baccaros, por el comedor y por todos los buenos ratos, que no fueron pocos. A mis amigos, a todos y cada uno, a los que acaban de llegar y a los que están por llegar, gracias por vuestro apoyo y comprensión, por estar ahí siempre, por esas cervezas que sirven para detener el mundo y resetear. Por esas noches de billar y diana, y porque el Carro (con mayúsculas, que se lo ha ganado) nos aguante muchos años, que menos que un beso a la derecha para celebrarlo. Una mención para Pablo por tantas tardes aguantando mis penas y pesares. No puedo menos que agradécerle infinitamente a mis padres por todo su apoyo y ayuda, por preocuparse y darme todo para llegar hasta donde he llegado, por preocuparse en tantos momentos de desesperación. Esta tesis también es mérito vuestro y lleva un pedacito de ambos. Por supuesto a Natalie, por haber sufrido todos y cada uno de los momentos que han llevado hasta este día, por la comprensión y por la ayuda que tanto me ha hecho falta, por darme alegría todos los días porque no han sido pocos los momentos en los que he necesitado un empujón, una sonrisa y un beso. Índice Índice Introducción 1. Agricultura en el siglo XXI ................................................................................. 3 1.1. Técnicas agrícolas sostenibles ............................................................................ 4 2. La agricultura en España. .................................................................................... 7 2.1. Alubia. ................................................................................................................. 9 2.2. Guisante. .......................................................................................................... 10 2.3. Maíz. ................................................................................................................ 11 2.4. Fresa. ................................................................................................................. 12 2.5. Zanahoria. ......................................................................................................... 13 2.6. Lechuga. ............................................................................................................ 14 3. Microorganismos en agricultura. ...................................................................... 15 3.1. Rizosfera y endosfera. ....................................................................................... 15 3.2. Interacciones planta-microorganismo. .............................................................. 16 3.3. Bacterias promotoras del crecimiento vegetal. ................................................. 17 3.3.1. Diversidad microbiana. ..................................................................................... 17 3.3.1.1. Bacterias endófitas. ............................................................................. 18 3.3.1.1.1. Bacterias endófitas de nódulos de leguminosas. ................................ 19 3.3.1.2. Aplicaciones de las bacterias endófitas. .............................................. 22 3.3.2. Mecanismos de promoción del crecimiento vegetal. ........................................ 23 3.3.2.1. Mecanismos directos ........................................................................... 24 3.3.2.1.1. Fijación de nitrógeno .......................................................................... 24 3.3.2.1.1.1. Los rhizobia. ....................................................................................... 28 3.3.2.1.1.2. Proceso de infección. ......................................................................... 30 3.3.2.1.1.3. Simbiovariedades ................................................................................ 34 3.3.2.1.2. Solubilización de fosfato. .................................................................... 36 3.3.2.1.3. Producción de sideróforos................................................................... 38 3.3.2.1.4. Síntesis de fitohormonas. .................................................................... 40 3.3.2.2. Mecanismos indirectos........................................................................ 42 4. Taxonomía y filogenia bacteriana ..................................................................... 43 4.1. Criterios fenotípicos y quimiotaxonómicos. ..................................................... 44 4.2. Criterios genotípicos. ........................................................................................ 45 Objetivos Materiales y métodos 1. Aislamiento de bacterias a partir de nódulos de leguminosas .......................... 53 2. Mantenimiento y conservación de las cepas. .................................................... 54 3. Caracterización genotípica. ............................................................................... 54 3.1. Extracción y purificación de ADN. ................................................................... 54 3.2. Amplificación de ADN mediante PCR. ............................................................ 54 3.3. Electroforesis. ................................................................................................... 55 3.4. Obtención de perfiles de RAPD. ....................................................................... 55 3.5. Análisis matemático de los perfiles de RAPD .................................................. 56 3.6. Amplificación y secuenciación del gen ribosómico