Agricultura Estados Unidos Semillas

Cómo descubrimos un mundo oculto de hongos dentro del banco de semillas más grande del mundo

Cómo descubrimos un mundo oculto de hongos dentro del banco de semillas más grande del mundo
Crédito: Rowena Hill, proporcionada por el autor

Este fue el momento de la verdad. Pasamos innumerables horas esterilizando meticulosamente semillas (1.710, para ser específicos), llenando el laboratorio con una cacofonía de ruidos mientras las agitamos en lejía.


por Rowena Hill


Habíamos construido una ciudad de hongos: grandes torres de placas de Petri apiladas en los bancos de trabajo del laboratorio, con diferentes colores, texturas y formas de hongos que emergen en su interior. Habíamos extraído suficiente ADN que el congelador, lleno de tubos, amenazaba con rebelarse.

Finalmente había llegado el momento de analizar todos los datos y descubrir qué habíamos logrado encontrar después de todos estos meses de trabajo. En el primer estudio de este tipo, que sepamos , en un importante banco de semillas , encontramos cientos de hongos escondidos dentro de semillas del Millennium Seed Bank , algunos de los cuales probablemente sean especies nuevas para la ciencia y podrían ser cruciales para el futuro. de la sanidad vegetal.

No recuerdo el momento en que decidí estudiar hongos por primera vez. Si tan solo tuviera una anécdota sobre mi época como estudiante de biología mirando por el microscopio a algunas esporas por primera vez, abrumado por su pura majestad, pero eso sería ficción. Por un lado, los hongos apenas aparecían en mi grado, y cuando lo hacían era generalmente en el contexto negativo de causar enfermedad.

Dado que los hongos son todo un reino de especies que, junto con los animales y las plantas, pertenecen al dominio principal de la vida multicelular del planeta Tierra juntos, llamados » eucariotas «, esto quizás sea sorprendente. Sin embargo, esta es la experiencia típica tanto en la escuela como en la educación superior (al menos en el Reino Unido y los EE. UU. ) Y, como era de esperar, cuando no se enseña a los estudiantes sobre los hongos, ellos no continúan estudiando los hongos. Lo que lleva a que haya menos investigadores que estudien hongos que puedan enseñar a los estudiantes acerca de los hongos y … te haces una idea. En pocas palabras, los hongos son increíblemente poco estudiados en comparación con sus reinos hermanos de animales y plantas.

Realmente no puedo enfatizar lo suficiente lo mucho que es un descuido. La última estimación del número total de especies de hongos es de 6,2 millones. Para poner eso en contexto, eso significaría que nuestro planeta está habitado por 15 veces más hongos que plantas. Otras estimaciones recientes de la diversidad de hongos han oscilado ampliamente entre 2.2 millones y 165 millones de especies, pero no importa con cuál se elija, los números son mucho mayores que los 150,000 hongos que los científicos ya han encontrado y descrito .

Apenas hemos arañado la superficie y lo digo literalmente: innumerables hongos estarán bajo tierra y dentro de otros organismos. Estos hongos microscópicos, o más simplemente «microhongos», son invisibles a simple vista, por lo que durante mucho tiempo han permanecido fuera del radar. Pero eso no significa que no sean importantes. Todo lo contrario.

Sí, algunos serán patógenos, que pueden causar enfermedades en plantas y animales. Estos tienden a ser los hongos que reciben más atención, tanto en términos de conciencia pública como de investigación científica, y no sin una buena razón. Con nuestro aumento de los viajes y el comercio global, sin mencionar nuestras contribuciones al cambio climático , estamos creando una oportunidad perfecta para que surjan y prosperen nuevos patógenos fúngicos .

Cómo descubrimos un mundo oculto de hongos dentro del banco de semillas más grande del mundo
La proporción de artículos científicos publicados cada año sobre animales, plantas y hongos. Datos de EuropePMC.

Pero hay mucho más que solo los patógenos. También están los recicladores («saprótrofos»), que descomponen la materia orgánica y devuelven los nutrientes al suelo en el ciclo continuo de vida y muerte. Vivimos en un planeta de recursos finitos, por lo que es gracias a estos pequeños hongos que hacen el trabajo de reciclarlos que nuestro mundo natural puede existir.

Innumerables hongos desempeñan un papel clave en la sociedad moderna: pueden ser una fuente de medicamentos como antibióticos e inmunosupresores, enzimas industriales para detergentes y fabricación y nuevos biomateriales para reemplazar los plásticos. Incluso la humilde levadura de panadería, que sustenta nuestra comida y bebida diarias, puede usarse en el laboratorio para estudiar la genética humana o modificarse para producir compuestos importantes. Y estos son solo los hongos que ya conocemos; imagine las propiedades útiles que esperan ser descubiertas en los hongos que aún no hemos encontrado.

Y quizás los más famosos sean los socios simbióticos conocidos como hongos micorrízicos, que forman una relación con las raíces de las plantas, generalmente para beneficio mutuo: pueden ayudar a la planta a absorber agua y nutrientes a cambio de carbohidratos. Estos hongos pueden formar vastas redes subterráneas de intercambio de nutrientes entre plantas, conocida popularmente como la » red ancha de la madera «. Como si eso no fuera suficiente, los hongos micorrízicos también ayudan a aumentar la cantidad de carbono almacenado en el suelo y, por lo tanto, juegan un papel importante en la regulación del clima global.

La vida tal como la conocemos, simplemente, se perdería sin los hongos.

Entran los endófitos

Lo que me lleva a los hongos que estudio. Los hongos micorrízicos no son los únicos que se encuentran cuando miramos las plantas. Todos los tejidos vegetales contienen hongos, de la misma manera que los animales tenemos una variedad de microorganismos viviendo dentro de nosotros: nuestro «microbioma». Estos microhongos de plantas se denominan endófitos fúngicos (endo = in, phyte = planta) y se definen por el hecho de que viven dentro de las plantas sin causar ningún síntoma visible de enfermedad.

La revolución de la secuenciación, que nos ha permitido detectar organismos que de otro modo serían imperceptibles a partir de simples rastros de su ADN, ha transformado nuestra conciencia de estos hongos microscópicos. Una sola planta individual es capaz de albergar innumerables especies de hongos diferentes.

Cómo descubrimos un mundo oculto de hongos dentro del banco de semillas más grande del mundo
El hongo endófito Epichloe coenophiala crece entre las células de las hojas de la hierba. Crédito: Nick Hill / USDA

Sin embargo, como siempre, no es tan simple. Cuando encontramos hongos endófitos dentro de plantas sanas, algunos pueden ser descomponedores latentes o patógenos; en otras palabras, están en un estado latente, esperando que la planta muera para que pueda descomponerla o la oportunidad de causar una enfermedad. Al mismo tiempo, existen otros hongos endófitos que sabemos que pueden ayudar a su planta huésped, por ejemplo, mejorando la germinación y el crecimiento de las plántulas . Lo que llamamos el estilo de vida endófito es en realidad más un espectro de interacciones entre plantas y hongos, con consecuencias tanto buenas como malas para la salud de las plantas.

Fueron estos hongos, con todo su misterio y potencial, los que captaron mi interés. Contra todo pronóstico, encontré la manera de estudiar los hongos, que comenzó en serio cuando tuve la suerte de obtener un puesto de pregrado en el año sándwich en el Royal Botanic Gardens Kew de Londres con una científica senior de investigación de hongos, Ester Gaya. Todavía estoy basado allí hoy, casi siete años después.

Mucha gente no se da cuenta de que Kew es más que sus maravillosos jardines; también es una importante institución de investigación científica basada en colecciones que se centra en el estudio de plantas y hongos. De hecho, tiene la mayor colección de hongos secos, conocidos como «fungarium», del mundo (1,25 millones de especímenes).

Y luego está el Millennium Seed Bank, que también forma parte de Kew. En todo caso, el término banco de semillas probablemente evoca una imagen de la Bóveda Global de Semillas de Svalbard: un vasto monolito de hormigón que emerge de la nieve del Ártico como una especie de base de supervillanos.

El Millennium Seed Bank, ubicado en los terrenos de Wakehurst Place en el campo del Reino Unido, es bastante menos imponente a la vista, pero quizás incluso más impresionante por dentro. Coordinado por Kew, el banco de semillas es tanto un edificio físico —el banco de semillas más grande del mundo con más de 2.300 millones de semillas de casi 40.000 especies— como una asociación mundial dedicada a la recolección y conservación de semillas en todo el mundo.

Los bancos de semillas son exactamente lo que parecen: un lugar para almacenar semillas a largo plazo como seguro contra posibles crisis. Y la crisis está en el horizonte: gracias al cambio climático y a nuestro uso insostenible del planeta, se estima que dos de cada cinco plantas están en peligro de extinción. La misión del Millennium Seed Bank es encontrar y preservar semillas de plantas silvestres antes de que se pierdan definitivamente.

El banco de semillas no es solo una copia de seguridad para un escenario futuro hipotético, ya que las colecciones ya se pueden aprovechar; la recolección de semillas de diferentes comunidades nativas, por ejemplo, será crucial para la recuperación del ecosistema después de los incendios forestales y para una reforestación exitosa .

Cómo descubrimos un mundo oculto de hongos dentro del banco de semillas más grande del mundo
Bóveda global de semillas de Svalbard, Longyearbyen, Noruega. Crédito: Pål Klevan / Alamy Foto de stock

La perspectiva de los hongos le da un giro completamente nuevo a la idea del banco de semillas. Puede que no haya sido el objetivo principal, pero en el proceso de preservar la diversidad de plantas, los bancos de semillas también están preservando la diversidad de hongos dentro de las semillas. Por supuesto, los científicos que trabajan en bancos de semillas han sido conscientes de los hongos antes, pero el contexto ha sido decididamente negativo. Las normas bancarias de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación siempre se refieren a los hongos como una contaminación, un problema que debe eliminarse y, de hecho, recomiendan el uso de fungicidas para matar cualquier hongo presente.

Este enfoque tiene sus raíces en la razón, ya que muchos hongos pueden causar y causarán enfermedades en las plantas, y un banco de semillas debe evitar convertirse en un vector de enfermedades de las plantas. Pero nos damos cuenta cada vez más de que los microorganismos que están dentro y alrededor de nosotros influyen en el mundo mucho más de lo que se creía anteriormente. Como seres humanos, alterar el equilibrio de los microorganismos en nuestro intestino puede tener todo tipo de consecuencias negativas para la salud e incluso se ha relacionado con enfermedades neurológicas. Sabemos menos sobre el microbioma de las plantas, pero esto deberá cambiar si queremos proteger con éxito a todas las especies en riesgo de extinción.

La idea de que el Millennium Seed Bank seguramente debe estar lleno de estos microhongos potencialmente útiles que llamamos endófitos dentro de sus semillas no sería exagerada para nadie que estudie hongos o microbiología, y sin embargo, nadie había mirado antes. Esto cambió hace unos años, cuando Gaya comenzó a considerar la pregunta. Pero, ¿por dónde empezar, en una colección tan enorme de semillas?

El caso de estudio: parientes silvestres del banano

Nuestra oportunidad llegó gracias a un compañero de doctorado. estudiante, Simon Kallow, que estudia cómo almacenar las semillas de los parientes silvestres del banano a largo plazo para su conservación. Como sugiere el nombre, los parientes silvestres de los cultivos son parientes cercanos de nuestros cultivos cultivados. Son interesantes para los científicos, ya que son mucho más diversos genéticamente y, por lo tanto, pueden proporcionar una fuente de características útiles para reproducir en nuestros cultivos, por ejemplo, para hacerlos más resistentes al cambio climático, las plagas o las enfermedades.

Existe otra idea de que el microbioma de los parientes silvestres también podría desempeñar un papel en la protección de nuestros cultivos: que potencialmente podemos introducir endófitos de parientes silvestres en los cultivos para transmitir propiedades útiles, como la tolerancia al estrés . La protección de los parientes silvestres y sus microbiomas puede considerarse una salvaguardia para el futuro de los cultivos de los que todos dependemos para obtener alimentos.

Esto es particularmente relevante para los bananos, que no solo son un cultivo comercial importante, con un valor de 31 mil millones de dólares al año, sino también una parte importante de la dieta de las personas en las regiones donde crecen. En un caso desafortunado de historia que se repite, los cultivos de banano a nivel mundial están actualmente amenazados por una cepa patógena de hongos llamada Foc TR4, por lo que es doblemente importante conservar sus parientes silvestres.

Una mirada al interior del fungarium de Kew.

Kallow estaba interesado en qué hongos endófitos podrían haber dentro de sus semillas de banano silvestre, y si podrían desempeñar un papel en qué tan bien sobrevivieron al almacenamiento y germinaron las semillas. Fue la oportunidad perfecta para que pudiéramos echar un primer vistazo a los hongos que podrían estar escondidos dentro de las colecciones del Millennium Seed Bank.

Usamos dos enfoques: trituramos semillas y secuenciamos el ADN fúngico del interior, pero también intentamos cultivar los hongos desde el interior de las semillas, lo que se conoce como «cultivo». De esa manera, capturamos la mayor cantidad posible de la diversidad presente, pero también construimos una colección de cultivos vivos de hongos endófitos que podemos usar en el futuro.

La realidad de trabajar con organismos que son demasiado pequeños para verlos puede ser un poco anticlimática; la mayor parte del tiempo, solo está mirando pequeñas cantidades de líquido incoloro en tubos. Entonces, además de ser útil, el cultivo de algunas especies en cultivo también es un poco más emocionante y brinda un primer vistazo a la increíble diversidad oculta. Creo que también pueden ser bastante hermosos.

Un tesoro escondido de hongos

Al observar solo seis especies de plantas, pudimos encontrar casi 200 especies de hongos. Extrapolar hasta las 40.000 especies de plantas del Millennium Seed Bank y, aunque suponiendo que exista cierta superposición de endófitos de hongos entre diferentes especies de plantas, puede terminar con una estimación embriagadora de la diversidad de hongos oculta en sus colecciones, que podría llegar a más de un millón de especies . algunas de las cuales probablemente sean especies nuevas para la ciencia.

Extraer esa diversidad es intrínsecamente interesante en términos de estudiar los hongos en sí, pero también son especies que pueden ser importantes para la salud de las plantas que habitan y, por lo tanto, cruciales para los objetivos de los bancos de semillas en general.

Como pudimos cultivar algunos hongos endófitos en cultivo, sabemos que al menos algunas especies (en su mayoría las muy comunes) pueden sobrevivir al protocolo de procesamiento, secado y congelación de semillas del Millennium Seed Bank. Hubo otros endófitos que detectamos al secuenciar su ADN, pero que no crecieron en cultivo, pero estos no estaban necesariamente muertos, ya que muchos hongos son más sensibles y no crecen fácilmente en el laboratorio. En el futuro, necesitaremos averiguar la verdadera extensión de los endófitos que sobreviven al proceso de almacenamiento en caso de que se pierdan especies raras e importantes.

Cómo descubrimos un mundo oculto de hongos dentro del banco de semillas más grande del mundo
Kallow había notado que crecían hongos en el interior de sus semillas de plátano silvestre.

Nuestros resultados apoyan estudios previos que sugieren que los hongos suelen ser mutuamente excluyentes dentro de las semillas. En otras palabras, en la mayoría de los casos en los que detectamos hongos dentro de las semillas, solo encontramos una única especie, lo que sugiere que en el espacio limitado de la semilla, una especie de hongo a menudo puede dominar y superar a las demás.

Esto plantea una pregunta interesante sobre si podemos utilizar este fenómeno para proteger nuestras plantas de los patógenos: si podemos inocular una planta con el endófito fúngico «correcto», ¿podría superar a los patógenos fúngicos que intentan infectar la semilla? Esta idea debe probarse en experimentos, pero es un ejemplo de por qué existe la esperanza de que podamos usar endófitos para una forma natural de control de enfermedades de las plantas.

También encontramos que el número total de hongos endófitos presentes en cada conjunto de semillas, así como la combinación específica de especies, cambiaba según el hábitat del que se recolectaron las semillas. Esto significa que cuando los investigadores están trabajando en el campo, el lugar de donde eligen recolectar semillas puede tener consecuencias imprevistas sobre el microbioma que se conservará.

La proporción de semillas que estaban vivas o germinadas después del almacenamiento también cambió según el hábitat. Es de esperar que los experimentos futuros puedan confirmar si los propios hongos están contribuyendo a este patrón. Por eso es tan valioso haber conservado cultivos de hongos vivos, ya que nos permite usarlos en experimentos para probar muchas de estas preguntas.

El futuro es fúngico

Como suele ser el caso en la ciencia, salimos de este estudio con más preguntas que respuestas. Pero algunas de estas preguntas, que tienen consecuencias en la forma en que protegemos las semillas para el futuro, nunca se habían investigado antes en el Millennium Seed Bank. ¿Estamos logrando conservar suficiente microbioma de semillas? ¿Cuánto importará eso para la salud de las plantas?

Y luego están las preguntas sobre los hongos en sí mismos: ¿qué podemos aprender de esta mina de oro de diversidad de hongos previamente inexplorada? Aún queda mucho por descubrir del mundo de los hongos, y muy a menudo está justo ante nuestras narices. Para estar a la altura del desafío, en primera instancia, debemos asegurarnos de que las personas tengan la oportunidad de aprender sobre ellos: una experiencia diferente a la que tuve yo, apenas escuché sobre hongos en la universidad y nada en la escuela.

Cómo descubrimos un mundo oculto de hongos dentro del banco de semillas más grande del mundo
El cultivo de hongos debe realizarse en condiciones estériles para asegurarse de que los cultivos no se contaminen.

En el verano de 2019, ayudé a dirigir el puesto de hongos en el Festival de la Ciencia de Kew , un evento público anual en el que se invita a los visitantes a participar en actividades y hablar con los científicos sobre por qué las plantas y los hongos son tan importantes para nuestras vidas. Siempre recordaré las miradas con los ojos muy abiertos cuando expliqué que el organismo más grande del mundo es en realidad un hongo «gigantesco» de 400 toneladas y 2.500 años de antigüedad , o que algunos hongos brillan en la oscuridad para atraer insectos.

Los hongos son lo suficientemente extraños, geniales e interesantes que realmente todo lo que tienes que hacer es compartirlos y la fascinación seguirá. Tanto niños como adultos se acercaban a nuestro puesto sin saber casi nada sobre hongos, pero al final del fin de semana, los hongos se encontraban entre las principales menciones de lo que más disfrutaban los visitantes en el festival.

Puedes encontrar cosas asombrosas una vez que tus ojos se abren a este reino extraño y maravilloso.


Proporcionado por The Conversation

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original .




WP Twitter Auto Publish Powered By : XYZScripts.com