Las comunidades microbianas complejas habitan las plantas y modulan su desarrollo. Especialmente las raíces albergan una amplia diversidad de microorganismos, incluidas bacterias y hongos, que influyen directamente en la salud de las plantas.
por el Instituto Max Planck de Investigación en Mejoramiento Vegetal
Los investigadores del MPIPZ descubrieron previamente que estos hongos son miembros importantes del microbioma de la raíz que pueden promover el crecimiento de las plantas, pero solo cuando se mantienen bajo control mediante la acción combinada del sistema inmunológico innato del huésped y las bacterias que habitan las raíces.
En un nuevo estudio publicado en Nature Communications , Fantin Mesny y sus coautores proporcionan información novedosa sobre cómo estos hongos colonizan las raíces, por qué muchos de ellos son potencialmente dañinos y qué diferencia a los hongos beneficiosos de los patógenos en el micobioma de la raíz (es decir, el componente fúngico de la microbiota de la raíz).
Para abordar estas preguntas, los investigadores se centraron en la planta modelo Arabidopsis thaliana (thale berro), que no puede depender de hongos micorrízicos beneficiosos para adquirir nutrientes, ya que no alberga la red genética necesaria para establecer una simbiosis funcional con estos hongos. Es probable que A. thaliana dependa de otros hongos para compensar la pérdida de parejas micorrízicas y para sobrevivir en la naturaleza. Para caracterizar mejor estos hongos colonizadores de raíces en su amplia diversidad, los investigadores han aislado una variedad de cepas de hongos de las raíces de plantas sanas en toda Europa y han seleccionado 41 que son representativas del micobioma de la raíz de A. thaliana.
En colaboración con INRAE Nancy (Francia) y el JGI (EE. UU.), Se secuenciaron los genomas de estos hongos y se compararon con otros hongos previamente descritos como saprotróficos, patógenos, endofíticos o micorrízicos. Sorprendentemente, los científicos encontraron que la mayoría de los miembros de la micobiota de la raíz, aislados de las raíces de plantas sanas, derivan de antepasados que probablemente eran patógenos y han retenido una batería de genes que anteriormente se había demostrado que se perdían en los genomas de hongos micorrízicos beneficiosos. Estos genes codifican pequeñas proteínas secretadas similares a efectores que podrían modular el sistema inmunológico del huésped y enzimas que pueden degradar una gran cantidad de componentes de la pared celular de las plantas, incluidas la pectina, la celulosa y la hemicelulosa.
Para probar esta hipótesis, se cultivaron plantas de A. thaliana en un sistema cerrado en ausencia de microorganismos, o se recolonizaron con cada uno de los 41 aislados de hongos seleccionados. Este experimento identificó una amplia diversidad de efectos de los hongos en el crecimiento de las plantas , que van desde muy perjudiciales hasta beneficiosos. En particular, los autores observaron que las cepas más dañinas para la planta colonizaban las raíces de manera mucho más agresiva que las que tenían efectos beneficiosos. Además, los hongos detectados con mayor frecuencia en las raíces de A. thaliana en la naturaleza también fueron los que mostraron efectos nocivos.en su anfitrión en experimentos de monoasociación. Trabajos anteriores del grupo de Stéphane Hacquard habían sugerido que el micobioma de A. thaliana puede volverse perjudicial cuando el sistema inmunológico del huésped y las bacterias que habitan las raíces no controlan estrictamente la proliferación de estos hongos. Estos nuevos resultados muestran que, en la naturaleza, los hongos con alto potencial colonizador de raíces tienen un alto potencial patógeno, lo que explica la necesidad de controlar su crecimiento.
Usando una combinación de métodos de asociación, incluidos modelos de aprendizaje automático, los autores luego asociaron los efectos de los hongos en el crecimiento de A. thaliana a las composiciones del genoma e identificaron con éxito una familia de genes candidatos que podrían explicar los efectos perjudiciales y las capacidades de colonización de raíces. Esta familia (pectato liasa PL1_7) codifica enzimas que degradan la pectina, un componente esencial de las paredes celulares de las plantas, que es especialmente abundante en las raíces de plantas dicotiledóneas como A. thaliana. Para validar su participación en la actividad perjudicial de los hongos, se introdujo un gen de esta familia en el genoma de una especie de hongos que, naturalmente, no lo alberga.
Según el último autor del estudio Stéphane Hacquard, “estos resultados indican que los repertorios de enzimas que degradan la pared celular de las plantas en los genomas de los hongos son determinantes genéticos clave que impulsan el acceso a la endosfera de la raíz y explican por qué los colonizadores de raíces robustos pueden volverse potencialmente dañinos si se degradan raíces de forma demasiado agresiva “.
Este estudio destacó que el micobioma de las plantas sanas en la naturaleza está compuesto tanto por amigos como por enemigos. Este hallazgo ofrece una nueva perspectiva sobre los efectos de los hongos en la salud de las plantas y posiblemente abre la puerta a nuevas consideraciones y desarrollos interesantes para la agricultura. Aprovechar estos resultados podría proporcionar una justificación sobre cómo diseñar y optimizar las comunidades de hongos sintéticos para obtener resultados beneficiosos sobre el rendimiento de la planta.
