Cuando hablamos de microbiota, solemos pensar en la que habita en nuestro intestino. Pero existe otra, menos conocida e igualmente vital: la microbiota vegetal.
En un artículo publicado en la portada de Science , el profesor Niko Geldner y su equipo de la Universidad de Lausana (Unil) revelan las sutiles alianzas y rivalidades que se desarrollan entre las bacterias y las raíces, ocultas bajo el suelo.
La microbiota vegetal, o «fitobioma», reúne comunidades de microorganismos bacterianos y fúngicos que pueden ser aliados, socios y, a veces, enemigos. La parte más estrechamente asociada con las raíces se denomina microbioma «rizosférico», del griego «rhizo-» (raíz).
Para formar un microbioma especializado y protector, las plantas reclutan selectivamente estas bacterias del suelo. El frágil equilibrio de la comunidad microbiana influye en el crecimiento, la salud y la capacidad de la planta para resistir el estrés ambiental. Cuando las plantas se debilitan, algunos microbios pueden incluso cambiar de rol y convertirse en patógenos.
Exudados radiculares: La clave para el reclutamiento
¿Cómo eligen las plantas a sus socios microbianos? Liberando un complejo cóctel de moléculas llamadas «exudados radiculares». Estos exudados contienen azúcares, aminoácidos y otros compuestos orgánicos. Si bien se sabía que estos compuestos son de gran importancia para la colonización bacteriana, se sabía poco sobre cómo, dónde y cuándo se liberan los exudados a la microescala relevante para los microorganismos.
Éste es el rompecabezas que los investigadores de Unil se propusieron resolver, en estrecha colaboración con el Dr. Feng Zhou (CEMPS, Shanghai) y colegas alemanes.
Cuando la barrera se rompe
Al igual que el epitelio intestinal de los animales, la endodermis de la raíz de las plantas actúa como un filtro selectivo, impidiendo la fuga de compuestos ricos en energía desde su vena transportadora central hacia el suelo. Sin embargo, durante el crecimiento, esta barrera puede romperse temporalmente. «Por ejemplo, cuando una raíz lateral emerge de la raíz principal, parte de la barrera se rompe para permitir el paso de la radícula», explica Niko Geldner, coautor principal del artículo.
Aunque la barrera rota pronto se reparará, la ruptura provoca una fuga temporal. Las bacterias se agrupan y proliferan precisamente en ese punto. La pregunta era: ¿qué las atrae y las impulsa a proliferar?
De ahí surgió la hipótesis de los científicos: la alteración de la barrera endodérmica influye en el reclutamiento microbiano y en la composición de las comunidades bacterianas.
El reto consistía en descubrir el mecanismo subyacente a este fenómeno. Para ello, se utilizaron mutantes de la planta modelo Arabidopsis thaliana (berro de thale), que carecen por completo de barreras endodérmicas.
«Nuestras observaciones confirmaron que los cambios en las barreras endodérmicas afectan profundamente la colonización bacteriana», afirma Niko Geldner. «Por lo tanto, nos preguntamos si las bacterias tenían una predilección especial por una o más sustancias específicas que se filtraban».
Al utilizar sus mutantes de Arabidopsis, el equipo descubrió una acumulación significativa de aminoácidos, especialmente glutamina, en los exudados.
Glutamina, un faro bacteriano
La glutamina desempeña un papel importante en el transporte de nitrógeno desde la raíz hasta el brote y fue una candidata clave para los investigadores. En esta etapa, la experiencia del laboratorio del Prof. Christoph Keel, del Departamento de Microbiología Fundamental de la Unil, entró en juego.
Durante varias décadas, su equipo ha estudiado una bacteria muy específica, Pseudomonas protegens CHA0, que crece bien en diversas plantas, incluidas las raíces del berro, y puede protegerlas de enfermedades fúngicas. Para comprobar si esta bacteria se siente atraída por la glutamina, los investigadores manipularon genéticamente esta bacteria modelo.
«Generamos bacterias que habían perdido específicamente su capacidad de ‘detectar’ la glutamina. Curiosamente, estas bacterias no pudieron encontrar los sitios donde emergían las raíces laterales», informa el Dr. Huei-Hsuan Tsai, investigador postdoctoral del grupo de Geldner y coautor principal del estudio.
Además, los investigadores también pudieron observar que las bacterias utilizan la glutamina para su crecimiento, desarrollando un sistema de señalización fluorescente que solo se activa cuando la glutamina se metaboliza. Este aminoácido actúa como una señal importante, permitiendo a las bacterias encontrar y colonizar puntos de fuga precisos en la superficie de la raíz .
«Demostramos que las bacterias se adaptan metabólicamente a este nicho rico en glutamina y lo utilizan como fuente de energía, lo que les permite proliferar aún más», añade Huei-Hsuan Tsai.
Un desafío para la agricultura sostenible
Estos hallazgos demuestran que las fugas localizadas de glutamina influyen en la colonización bacteriana y resaltan las interacciones precisas entre raíces y microbios. El equipo de Geldner ahora busca identificar otros compuestos atractivos, especialmente aquellos que se liberan en condiciones de estrés (sequía, salinidad, calor).
¿Podrían aplicarse estos descubrimientos a la agricultura, en un momento en que la reducción del uso de fertilizantes y pesticidas es una prioridad? «Este es el sueño de muchos investigadores. Sin embargo, cada suelo tiene su propia microbiota única, lo que dificulta garantizar que una cepa bacteriana específica se arraigue y proteja a una planta determinada», advierte Niko Geldner. Se necesitan experimentos de laboratorio para descubrir los principios generales de la interacción entre raíces y bacterias , utilizando comunidades microbianas simplificadas.
«Lo que es cierto», concluye, «es que la salud de las plantas depende de su microbiota. Sin un mejor conocimiento de sus interacciones con las raíces, nunca comprenderemos realmente lo que ocurre en nuestros campos».
Más información: La fuga localizada de glutamina impulsa la estructura espacial de la colonización microbiana radicular, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adu4235
