Se evaluó una cepa de UTMR2 en plantas de tomatillo (Brot.) utilizando un diseño factorial con diferentes dosis de potasio (100, 75, 50 y 0% de la dosis recomendada). Además de los parámetros agronómicos, se realizó un análisis de las propiedades fisicoquímicas, antioxidantes y metabolómicas del fruto. La aplicación del inoculante afectó varios parámetros de la planta (clorofila, peso y contenidos de varios elementos minerales) así como del fruto (rendimiento, índice de madurez, capacidad antioxidante FRAP y contenidos de proteína, fibra y grasa). Se realizó un análisis multivariado mediante un PCA y un mapa de calor, indicando que el inoculante indujo una fuerte actividad moduladora en las plantas de tomatillo para los parámetros evaluados, con un efecto notable en dosis bajas de K (0 y 50%). El tratamiento inoculado con el 75% de la dosis de K resultó en características de planta y fruto similares al control completamente fertilizado. Por otro lado, el tratamiento biofertilizado sin adición de K resultó en los valores más altos en los parámetros de planta y fruto. Además, a partir del análisis metabolómico de los frutos con el 75% de la dosis de K, se observó la regulación al alza de 4,4-bis(N-feruloil)serotonina, ácido salvianólico K y ácido clorogénico, que pueden tener un papel en los mecanismos de anti-senescencia y resistencia. En conclusión, la cepa rizobacterial tuvo un efecto positivo en el crecimiento de la planta, la calidad nutricional, los compuestos bioactivos y la actividad antioxidante de los frutos de tomatillo a dosis reducidas de fertilizante K, lo que respalda su consideración como una cepa biofertilizante efectiva.