Phylloepiphytic interaction between bacteria and different plant species in a tropical agricultural system

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Abstract:

Plant surfaces are a favourable niche for bacterial establishment, and hypothetically, plant species differ in their capacity to harbour epiphytic bacterial communities. This study was conducted to evaluate and describe the structural relationship of a bacterial community at the phyllosphere level with different plant species in a tropical ecosystem. Leaf blades of 47 plant species distributed in 27 botanical families were collected on a typical small Brazilian farm and prepared for observation under light and scanning electron microscopy. Naturally occurring bacteria were the most abundant settlers of the phylloplane, followed by fungal spore or hyphae. All plant species studied were colonized by phylloepiphytic bacteria, which were observed as solitary cells, microcolonies, and biofilms. However, independent of the family, the plant species differed in the pattern of phyllosphere colonization, as reflected in bacteria frequency and presence or absence of anatomical features that would favour the association. The phylloepiphytic bacteria were preferentially established on the following sites: epidermal cell wall junctions, glandular and nonglandular trichomes, veins, stomata, and epidermal cell wall surface. Profuse bacteria and fungi colonization was observed, at a level that was at least comparable with temperate regions. Interestingly, fungi seemed to alter the bacteria colonization pattern, most probably by microenvironmental modifications. The trichome type and density as well as the presence of epicuticular wax on the leaf blade surface seemed to be the most determinant anatomical features for the pattern of phyllosphere colonization. The presence of trichomes has a favourable, and epicuticular wax an unfavourable influence on the plant-bacteria interaction.

La surface des plantes constitue une niche favorable à l’implantation bactérienne et, théoriquement, les espèces de plantes diffèrent par leur capacité à abriter les communautés bactériennes épiphytes. Cette étude a été menée afin d'évaluer et de décrire la relation structurelle entre la communauté bactérienne de la phyllosphère et les différentes espèces de plantes dans un écosystème tropical. Les limbes foliaires de 47 espèces de plantes, réparties en 27 familles botaniques, ont été prélevés dans une propriété agricole brésilienne de type familial et, observés au microscope optique et au microscope électronique à balayage. Parmi les microorganismes de la phyllosphère, les bactéries sont les plus abondantes, suivies des spores et des hyphes fongiques. Toutes les espèces de plantes étudiées ont été colonisées par des bactéries phylloépiphytiques identifiées comme cellules individuelles, microcolonies et biofilms. Toutefois, indépendamment de la famille, des différences entre espèces de plantes ont été observées, au niveau du mode de colonisation de la phyllosphère, comme en témoignent la fréquence des bactéries et la présence ou l'absence des caractéristiques anatomiques qui peuvent être favorable à l'association. Les bactéries phylloépiphytiques se sont établies, préférentiellement, sur les sites suivants : les points d’insertion entre les parois des cellules épidermiques, les trichomes glandulaires et non glandulaires, les stomates, les nervures et la surface de la paroi des cellules épidermiques. L’importante colonisation des bactéries et champignons, observée dans la phyllosphère des différentes espèces de plantes étudiées dans cet environnement tropical est, au minimum, comparable à celle des régions tempérées. Il est intéressant de noter que, les champignons semblent modifier le schéma de la colonisation des bactéries, probablement grâce aux micro-modifications environnementales. Le type de trichome et sa densité, ainsi que la présence de la cire épicuticulaire sur le limbe foliaire ont été les caractéristiques anatomiques les plus déterminantes pour la colonisation bactérienne de la phyllosphère. La présence de trichomes a eu une influence favorable à l'interaction entre plantes et bactéries alors que la cire épicuticulaire a eu une influence défavorable.

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2008

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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