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Homeostasis planta-microbio: un delicado acto de equilibrio

Homeostasis planta-microbio: un delicado acto de equilibrio
Las plantas que crecen en el suelo son colonizadas por diversos microbios conocidos colectivamente como microbiota. Los miembros de la microbiota no supresores (rojo) y supresores (azul) exhiben capacidades contrastantes para modular las respuestas inmunes de las plantas. Sus interacciones combinadas tienen impactos multifacéticos en la estructura de la comunidad, el crecimiento de las plantas, la expresión de los genes de las raíces y la susceptibilidad de enfermedades a los patógenos. Crédito: Ka-Wai Ma

Las plantas que crecen en el suelo son colonizadas por diversos microbios conocidos colectivamente como microbiota vegetal, que es esencial para el crecimiento óptimo de las plantas en la naturaleza y protege a la planta huésped de los efectos nocivos de los microorganismos e insectos patógenos. 


por Max Planck Society


Sin embargo, frente a un sistema inmune de plantas avanzado que ha evolucionado para reconocer patrones moleculares asociados microbianos (MAMP), moléculas conservadas dentro de una clase microbiana, y generar una respuesta inmune, se desconoce cómo pueden colonizar los microbios que viven en el suelo. raíces de plantas. Ahora, los investigadores de MPIPZ dirigidos por Paul Schulze-Lefert, y los investigadores de la Universidad de Carolina dirigidos por Jeffery L. Dangl muestran, en dos estudios separados,

Las plantas han desarrollado un sistema inmunológico innato para protegerse contra los patógenos, incluido el reconocimiento de MAMP derivados de microbios por los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) que residen en la superficie de las células vegetales. El reconocimiento de MAMP por los PRR conduce a la inmunidad activada por MAMP (MTI), que da como resultado la restricción de la proliferación de patógenos. Sin embargo, si no se controla, la MTI crónica también puede conducir a la inhibición del crecimiento de las plantas, un fenómeno conocido como compensación crecimiento-defensa. Los patógenos han desarrollado diversos mecanismos para suprimir el MTI, una propiedad que, sorprendentemente, también se ha detectado en un subconjunto de bacterias comensales no dañinas de la microbiota de la raíz. Estas bacterias se han denominado microbios «inmunosupresores», en contraste con los microbios comensales «no supresores» que no pueden suprimir la MTI. Ahora, La microbiota vegetal puede suprimir parte de la respuesta inmune del huésped, al tiempo que favorece la colonización de patógenos oportunistas, microorganismos infecciosos que normalmente son inofensivos para su huésped pero que pueden causar enfermedades cuando surgen condiciones favorables.

Para evaluar primero la capacidad de las bacterias comensales de las raíces de las plantas para interferir con la inhibición del crecimiento de la raíz asociada a la defensa (RGI), el primer autor Ka-Wai Ma y sus colegas utilizaron una colección sistemática de cepas bacterianas aisladas de las raíces de Arabidopsis thaliana. Los autores demostraron que después de tres semanas de cocultivo de la bacteria con Arabidopsis thaliana en presencia de flg22, una de las moléculas derivadas de microbios más estudiadas que se sabe que induce respuestas inmunitarias de las plantas, el 41% de las cepas bacterianas de la colección pudieron interferir con RGI. Esta capacidad no pareció ser específica de un determinado tipo de bacteria en el microbioma de la planta, ya que se detectó en todo el espectro de bacterias asociadas a la microbiota de la planta, incluidas Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes y Firmicutes.

Luego, los investigadores examinaron el efecto de las comunidades sintéticas (SynComs) compuestas exclusivamente por bacterias inmunosupresoras o no supresoras en las plantas hospedantes mediante la evaluación de la RGI desencadenada por flg22 y la expresión génica, pero también la respuesta de los SynComs como resultado de la presencia de plantas. estimulación de la respuesta inmune por flg22. Curiosamente, encontraron que mientras los SynCom compuestos exclusivamente por bacterias inmunosupresoras impedían la RGI, los SynCom compuestos por bacterias no supresoras no lo hacían. Luego, los científicos demostraron que la activación de la respuesta inmune de la planta huéspedpor flg22 alteró la composición de la microbiota de la raíz en plantas colonizadas por SynComs no supresores, un hallazgo que no se observó en la microbiota de la raíz formada por bacterias inmunosupresoras o una mezcla de ambas. Además, el análisis de plantas colonizadas exclusivamente por SynComs inmunosupresores condujo a una expresión génica alterada en el huésped, específicamente, a la regulación a la baja de un subconjunto de genes relacionados con el sistema inmunológico y a una mayor susceptibilidad a los patógenos vegetales oportunistas probados. Tomados en conjunto, estos resultados indican que los comensales bacterianos supresores y no supresores modulan la respuesta del huésped de diferentes maneras principalmente promoviendo o impidiendo las respuestas MTI, y que es necesario lograr un equilibrio entre los dos tipos de cepas bacterianas para mantener la homeostasis de la planta. (Figura 1).

Los hallazgos de los autores sugieren fuertemente que para lograr un equilibrio saludable entre el crecimiento de la planta y la defensa de la planta, y por lo tanto mantener la homeostasis microbio-planta, la microbiota de la raíz de la planta debe contener cepas bacterianas inmunosupresoras y no supresoras en proporciones equilibradas. Tener demasiadas o insuficientes bacterias de cualquier tipo en la microbiota de las plantas podría ser perjudicial para las plantas, ya que podría resultar en una mayor susceptibilidad a las enfermedades y un crecimiento deficiente de las plantas. Según el primer autor Ka-Wai Ma: «Aunque se sabe que las plantas tienen una asociación íntima con su microbiota, sorprendentemente, todavía no tenemos una comprensión completa de su influencia en el sistema inmunológico de las plantas.. Este estudio sirve como un buen ejemplo de cómo una microbiota equilibrada es importante para modular los rasgos de interés de las plantas. Desde una perspectiva traslacional, estos hallazgos tienen potencial si se puede manipular la microbiota de tal manera que incline la balanza en beneficio de las plantas «.

El estudio se publica en Nature Plants .



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