Impacto de la rizobacteria Pseudomonas fluorescens UM270 en el crecimiento, producción y modulación del microbioma endofítico de Zea mays en un sistema milpa

Abstract

The milpa, a Mesoamerican agroecological polyculture, has largely been replaced by monocultures of hybrid Zea mays, which face productivity limitations due to biotic and abiotic factors. A promising strategy to mitigate these issues is the use of plant growth-promoting bacteria (PGPB). This study evaluated the impact of inoculation with Pseudomonas fluorescens UM270 on the growth and production of Z. mays within a milpa system, associated with Phaseolus vulgaris and Cucurbita pepo, as well as its effect on the root endophytic microbiome. Experiments were conducted in which Z. mays was inoculated with the UM270 strain in different milpa configurations, analyzing phytometric parameters, Z. mays production, and grain chemical composition. Additionally, an endophytic microbiome analysis was performed using 16S rRNA and ITS sequencing on the Illumina platform. The results showed that UM270 improved Z. mays growth by increasing chlorophyll concentration, height, biomass, and root development. The combination of UM270 with diammonium phosphate (DAP) fertilizer increased plant and grain weight by over 40% in monoculture and over 50% in the milpa during the 2021 and 2023 agricultural cycles. Nitrogen and phosphorus levels in Zea mays grains also increased, as did potassium and calcium concentrations when combined with DAP. Furthermore, inoculation altered the root endophytic microbiome. In monoculture, it promoted the abundance of Burkholderia and Pseudomonas, while in the Mesoamerican triad, it favored genera such as Variovorax and nitrogen-fixing rhizobia. These findings highlight the potential of P. fluorescens UM270 as a biotechnological tool to enhance Z. mays yield in the milpa, optimize its microbiome, and benefit associated crops, promoting agricultural sustainability.

La milpa, un policultivo agroecológico mesoamericano, ha sido reemplazada en gran parte por monocultivos de Zea mays híbrido, los cuales enfrentan limitaciones productivas debido a factores bióticos y abióticos. Una estrategia prometedora para mitigar estos problemas es el uso de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV). En este estudio, se evaluó el impacto de la inoculación con Pseudomonas fluorescens UM270 en el crecimiento y producción de Z. mays dentro de un sistema milpa, asociado con Phaseolus vulgaris y Cucurbita pepo, además de su efecto en el microbioma endofítico radicular. Se llevaron a cabo experimentos donde Z. mays fue inoculado con la cepa UM270 en distintas configuraciones del sistema milpa, analizando parámetros fitométricos, producción de Z. mays y composición química del grano. Además, se realizó un análisis del microbioma endofítico mediante secuenciación de 16S rRNA e ITS en la plataforma Illumina. Los resultados mostraron que UM270 mejoró el crecimiento del Z. mays, aumentando la concentración de clorofila, altura, biomasa y desarrollo radicular. La combinación de UM270 con fertilizante fosfato diamónico (DAP) incrementó el peso de plantas y del grano en más del 40% en monocultivo y más del 50% en la milpa durante los ciclos agrícolas 2021 y 2023. También se observaron aumentos en los niveles de nitrógeno y fósforo en el grano, así como en potasio y calcio cuando se combinó con DAP. Además, la inoculación modificó el microbioma endofítico radicular. En monocultivo promovió la abundancia de Burkholderia y Pseudomonas, mientras que en la triada mesoamericana favoreció géneros como Variovorax y rizobios fijadores de nitrógeno. Estos hallazgos resaltan el potencial de P. fluorescens UM270 como una herramienta biotecnológica para mejorar el rendimiento de Z. mays en la milpa, optimizar su microbioma y beneficiar a cultivos asociados, promoviendo la sostenibilidad agrícola.