History on the biological nitrogen fixation research in graminaceous plants: special emphasis on the Brazilian experience

Abstract

This review covers the history on Biological Nitrogen Fixation (BNF) in Graminaceous plants grown in Brazil, and describes research progress made over the last 40 years, most of whichwas coordinated by Johanna Döbereiner. One notable accomplishment during this period was the discovery of several nitrogen-fixing bacteria such as the rhizospheric (Beijerinckia fluminensis and Azotobacter paspali), associative (Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense) and the endophytic (Herbaspirillum seropedicae, H. rubrisubalbicans, Gluconacetobacter diazotrophicus, Burkholderia brasilensis and B. tropica). The role of these diazotrophs in association with grasses, mainly with cereal plants, has been studied and a lot of progress has been achieved in the ecological, physiological, biochemical, and genetic aspects. The mechanisms of colonization and infection of the plant tissues are better understood, and the BNF contribution to the soil/plant system has been determined. Inoculation studies with diazotrophs showed that endophytic bacteria have a much higher BNF contribution potential than associative diazotrophs. In addition, it was found that the plant genotype influences the plant/bacteria association. Recent data suggest that more studies should be conducted on the endophytic association to strengthen the BNF potential. The ongoing genome sequencing programs: RIOGENE (Gluconacetobacter diazotrophicus) and GENOPAR (Herbaspirillum seropedicae) reflect the commitment to the BNF study in Brazil and should allow the country to continue in the forefront of research related to the BNF process in Graminaceous plants.

Translated abstract

A presente revisão aborda a história da Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN) em Gramíneas no Brasil, procurando mostrar a evolução da pesquisa na área iniciada a mais de 40 anos sob a liderança da pesquisadora Johanna Döbereiner. Um aspecto marcante deste período foi a descoberta de diversas bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico tais com as rizosféricas (Beijerinckia fluminensis e Azotobacter paspali), associativas (Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense) e as endofíticas (Herbaspirillum seropedicae, H. rubrisubalbicans, Gluconacetobacter diazotrophicus, Burkholderia brasilensis e B. tropica). O papel destas bactérias diazotróficas em associação com as gramíneas, especialmente os cereais, tem sido estudado e muito se avançou sobre os aspectos ecológicos, fisiológicos, bioquímicos e genéticos. Os mecanismos de colonização e infecção dos tecidos das plantas foram melhor entendidos e a contribuição da FBN para o sistema solo-planta foi determinado. Estudos de inoculação de cereais com bactérias diazotróficas, têm mostrado que as endofíticas têm um maior potencial de contribuição da FBN e que o genótipo da planta influencia na associação da planta/bactéria. Os avanços alcançados apontam para uma maior exploração e entendimento desta associação endofítica. Os programas de sequenciamento do genoma: RIOGENE (Gluconacetobacter diazotrophicus) e GENOPAR (Herbaspirillum seropedicae) mostram a importância da FBN no Brasil e devem permitir que o país continue na fronteira do conhecimento em relação ao processo de FBN em gramíneas.