O uso de fertilizantes nitrogenados pela cultura da cana-de-açúcar no Brasil é relativamente baixo quando comparado a outros países produtores. Uma das razões para esse fato poderia ser, em parte, devido ao processo de melhoramento indireto de variedades cultivadas em solos de baixa fertilidade. Comparado a outras culturas, cana-de-açúcar possui baixa resposta a aplicação de fertilizantes nitrogenados, mas as causas desta baixa eficiência no uso de N permanecem desconhecidas. Além da fixação biológica de N2 pela ação de bactérias diazotróficas, as plantas absorvem fontes de N, como amônio, nitrato e aminiácidos por meio de transportadores de membranas localizados nas raízes das plantas. Existem indícios de que a associação de plantas com microrganismos melhoram o aproveitamento de N fertilizante, regula a expressão de genes de transportadores de N e modificam o metabolismo de N das plantas. Com base nisso, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da inoculação de cinco bactérias diazotróficas Gluconacetobacter diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, Herbaspirillum rubrisubalbicans, Azospirillum amazonense e Paraburkholderia tropica em variedades de cana-de-açúcar submetidas a fontes de N inorgânico e N orgânico (aminoácidos). Para isso, o primeiro estudo avaliou o desempenho da mistura de cinco bactérias diazotróficas na variedade RB966928. A inoculação associada ao fertilizante nitrogenado aumentou o crescimento da cana-de-açúcar, melhorou a aquisição e assimilação de N. O segundo estudo, avaliou o efeito da inoculação na RB867515 e RB966928 suplemetadas com N orgânico na forma de aminoácidos e comparado com N inorgânico e N orgânico não inoculado. O N orgânico revela ser uma fonte importante de N para nutrição da cana-de-açúcar inoculada em condições de restrição de N inorgânico, quando comparado com o N orgânico não inoculado. O terceiro estudo, avaliou a expressão de genes transportadores de aminoáciados em raízes inoculadas ou não de plântulas de cana-de-açúcar RB867515 e RB966928, suplementadas com cinco aminoácidos nos tempos 4 h e 24 h. A inoculaçao de plântulas de RB966928 e RB867515 revelou de maneira geral modificações benéficas no perfil transcrional dos genes transportadores de aminoácidos (SoLHT1.2, SoLHT6, SoLHT1.1, SoAAPA1.1. SoAAP3.1, SoAAP1.2, SoAAP3.2 e SoAAP2), indicando que as bactérias diazotróficas induz a expressão dos genes de transporte de aminoácidos em plântulas de cana-de-acúcar. O quarto estudo avaliou enzimas do metabolismo de N e o perfil transcrional dos genes transportadores de nitrato (NRTs) de alta e baixa afinidade e a expressão do gene da glutamina sintetase (GS) em raízes inoculadas ou não de plântulas de cana-de-açúcar de RB867515 e RB966928, suplementadas com KNO3- nos tempos 4 h, 24 h e 72 h. As plântulas inoculadas melhoram a atividade da nitrato redutase (NR) e da glutamina sintetase (GS) durante o período de 72 h. A inoculação modificou de maneira geral a expressão de SoNRT2.5., SoNRT2.1, SoNRT1.5, SoNRT1.4 e SoGSb entre as variedades de cana-de-açúcar.