Os estudos do INCT utilizam microrganismos promotores do crescimento de plantas (MPCPs) de todos os grupos que possuam MPCP de interesse, com ênfase em seis coleções de culturas da Embrapa (Agrobiologia, Amazônia Ocidental, Cerrados, Clima Temperado, Milho e Sorgo, Soja), que contabilizam mais de 22.000 estirpes, representando um rico acervo de biodiversidade e potencial biotecnológico. As coleções de culturas são mantidas com requisitos rígidos de qualidade, baseados nas normas internacionais (ISO 17025, ISO GUIA 34 e Diretrizes de Boas Práticas da OCDE), de acordo com a categoria da coleção (CRB, CI e CT).

O cultivo dos microrganismos é realizado em meio adequado para cada tipo de MPCP. Todas as estirpes são caracterizadas quanto aos aspectos morfológicos e fisiológicos durante o crescimento, e também por meio de avaliações in vivo e in vitro, incluindo, entre outros, a capacidade de FBN em leguminosas (nodulação, taxas de FBN, competitividade) e não leguminosas (crescimento em meio NFb, ARA, perfil de hormônios em promotores do crescimento, capacidade de solubilização de rochas fosfatadas e potássica). As estirpes também são testadas para o uso como bioativo tecnológico, como a tolerância a estresses bióticos e abióticos, compatibilidade com outros insumos utilizados na cultura, entre outros.

As estirpes são identificadas pelos seus perfis de BOX-PCR e pelo sequenciamento dos seus genes 16S rRNA. Os potenciais novos grupos filogenéticos e taxonômicos são discriminados pela técnica de MLSA (MultiLocus Aequencing Analysis) com genes housekeeping, como atpD, dnaJ, dnaK, gap, glnA, gltA, glnA, glnII, gyrB, pnp, recA, rpoA, rpoB, thrC, que são sequenciados, alinhados, concatenados e analisados. Os genomas dos MPCP de maior interesse são obtidos para avaliação de parâmetros genômicos de taxonomia, representados pelo overall genome related indices (OGRI). Todas as informações morfofisiológicas e genéticas obtidas são submetidas à análise polifásica, visando-se descobrir a posição taxonômica correta de estirpes com potencial biotecnológico, bem como novos grupos filogenéticos e espécies. Os fungos são identificados pelos genes 18S rRNA, 28 S rRNA e região ITS. Em adição, genes específicos para os processos biológicos em estudo podem ser considerados, por exemplo, os genes nod de rizóbios ou bpp e pqq de absorção de P.

O monitoramento de estirpes de MPCP do INCT introduzidos nos solos é realizado por meio de análises moleculares como o perfil por BOX-PCR e por espectrometria de massa do tipo MALDI-TOF. Três ensaios estão sendo conduzidos para avaliar a ecologia após a introdução de estirpes elite, com soja no DF e no RS e com feijoeiro no DF. Outras caracterizações estão sendo realizadas nesses ensaios, por exemplo, de genes de nodulação verificando a taxa de transferência horizontal de genes do plasmídeo ou ilha simbiótica.

Os MPCP com potencial biotecnológico ou representantes da biodiversidade brasileira, isolados ou em associação com plantas são caracterizados quanto à genômica, proteômica, transcriptômica e metabolômica. Estirpes mutantes de genes de interesse, por exemplo, relacionados à nodulação (ex: nodD1 a nodD5 em R. tropici), ou à absorção de P (ex: bpp e pqq) são obtidas e avaliadas comparativamente com as parentais. Promotores do crescimento e biossolubilizadores de P e K são avaliados por HPLC, perfis de ácidos orgânicos, fitohormônios e/ou enzimas envolvidos nas associações com não leguminosas.

Os genótipos com maior resposta aos MPCP (ex: sorgo BR007 com P e micorrizas), linhagens de soja, feijoeiro são identificados e os genótipos contrastantes são utilizados em cruzamentos, visando obter novas linhagens superiores. Também estão sendo selecionados os genótipos capazes de manter a FBN sob estresse hídrico (deficiência ou excesso).

Marcadores moleculares em RILs (recombinant imbred lines) de soja relacionados à FBN e ao teor de proteína nos grãos são buscados nos genomas da soja e do feijoeiro. São conduzidas análises de SNPs e GBS e mapeamento associativo visando a identificação dos genes.

Busca-se o desenvolvimento de novas formulações e matrizes de inoculantes, bem como moléculas potencializadoras, juntamente rizóbios e outros MPCP, com ação de síntese de fitohormônios, biossolubilização de rochas e micorrização, entre outros. Outra inovação no projeto é o desenvolvimento de inoculante com base em nanotecnologia e outro à base de micorrizas.

A eficiência agronômica com novas estirpes, inoculantes e de novas tecnologias é avaliada nas principais regiões produtoras para cada cultura, nas principais regiões produtoras para cada cultura por pelo menos três safras. Também são avaliadas combinações de MPCP com diferentes propriedades. Os ensaios são conduzidos conforme metodologias descritas em Instruções Normativas específicas do MAPA, ou mesmo com o desenvolvimento de novas metodologias pelo INCT.

São feitas quantificações de parâmetros microbiológicos quantitativos e qualitativos (biomassa microbiana de C e N, enzimas do solo, metagenômica), relacionando-se esses resultados com parâmetros químicos e físicos, estabelecendo níveis críticos para os bioindicadores, visando a sua utilização para o monitoramento da qualidade do solo. Também são desenvolvidos modelos e Índices de Qualidade de Solo (IQS) ajustados e validados para os agroecossistemas. com geração de um software para monitoramento da qualidade do solo.

A quantificação da contribuição da FBN é realizada em associações com leguminosas e gramíneas, com metodologias utilizando 15N. Essas avaliações são utilizadas para estimar a contribuição dos MPCP para o Plano ABC, agora ampliado para o Plano ABC+, bem como em avaliações sócioeconômicas relacionadas ao uso de MPCP em substituição aos fertilizantes químicos, com base em metodologias de valoração ambiental e, também, a sua utilização como serviços ecossistêmicos e como Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDLs).