La sequía es una de las mayores amenazas para los sistemas agrícolas, lo que resulta en rendimientos de cultivos impredecibles, disminución de los ingresos agrícolas y un aumento de los brotes de enfermedades.
por el Centro de Ciencias de las Plantas Donald Danforth
Solo en los Estados Unidos, la sequía le ha costado a la nación $249 mil millones desde la década de 1980. Una posible solución para mejorar la resiliencia de los cultivos es la inoculación de semillas con bacterias, alias. “probióticos” vegetales que se sabe que mejoran la tolerancia a la sequía de una planta. Si bien los científicos han identificado muchos microbios que se muestran prometedores en el laboratorio, replicar su eficacia en estudios de campo agrícolas resulta mucho más difícil, en gran parte debido a la compleja variación ambiental en el mundo real.
Una nueva investigación encabezada por Rebecca Bart, Ph.D., miembro asociado, Donald Danforth Plant Science Center, y sus colegas abordaron el desafío de cerrar la brecha entre los estudios de laboratorio y de campo relacionados con las interacciones entre cultivos y microbios y su influencia en la tolerancia a la sequía . Su trabajo tiene el potencial de acelerar la adaptación de los cultivos a las condiciones de sequía y simplifica los hallazgos del laboratorio para los agricultores en el campo. Su investigación fundamental se publicó recientemente en The ISME Journal y eLife .
Los autores adoptaron un enfoque a nivel de sistemas para identificar los microbios que afectaron la respuesta a la sequía en el sorgo, trabajo que abarcó “ambientes estériles y controlados” en el laboratorio, hasta experimentos de campo repletos de propiedades complejas del suelo, topografía irregular y acumulación no uniforme de humedad del agua. . El equipo encontró que al menos seis microbios que causaron defectos en el desarrollo de las raíces en el laboratorio (atrofiando la altura de las plántulas de sorgo) también estaban afectando negativamente el crecimiento del sorgo en el campo.
“El gran avance aquí”, dijo el autor correspondiente Bart, “es que observamos patrones similares en un ambiente controlado y en el campo. Ese resultado nos dice que nuestras observaciones de laboratorio son reales y relevantes para la agricultura”. Sorprendentemente, el equipo de investigación también identificó un nuevo microbio que promovía el crecimiento de las raíces, una característica crítica para mejorar la resistencia de los cultivos a la sequía.
La investigación, que se llevó a cabo en el transcurso de los últimos cinco años, no estuvo exenta de desafíos. “La variación ambiental hace que el mundo real sea un lugar ruidoso para hacer ciencia”, escribió el primer autor y científico principal de datos del Centro Danforth, Jeffrey Berry. Los autores necesitaban desarrollar un modelo para tener en cuenta las variables biológicas de confusión en los experimentos de campo, factores como el pH del suelo y el contenido de fosfato, que pueden variar enormemente en un sitio de campo.
Berry pudo utilice modelos computacionales sofisticados para comprender y superar la variación en el campo.
El resultado fue el primer modelo estadístico de su tipo que explicaba las propiedades del suelo que influían en los rasgos tanto de los cultivos como de los microbios. Los autores ahora podían comparar sus resultados entre el laboratorio y el campo sin preocuparse de cómo la variación ambiental podría estar alterando sus observaciones de campo. “Jeff descubrió cómo conectar algunas piezas de rompecabezas realmente complicadas”, concluyó Bart.
Además de abordar estadísticas complicadas y colaborar con científicos de todo el país, parte del éxito de los equipos fue tener acceso a la infraestructura de investigación sin igual del Centro Danforth. Por ejemplo, los autores utilizaron el Centro de fenotipado de la Fundación Bellwether para visualizar y cuantificar cómo los tratamientos de sequía y microbios afectaron el crecimiento y desarrollo del sorgo como parte de sus experimentos de laboratorio controlados.
El equipo está comenzando a replicar su metodología en otros sistemas de cultivo como el maíz, y los planes de investigación futuros para este trabajo se albergarán en el nuevo Centro de Influencias Subterráneas sobre el Nitrógeno y el Carbono (SINC) del Centro Danforth, codirigido por Bart y otros tres Miembros del Centro Danforth.
Más información: Mingsheng Qi et al, Identificación de bacterias beneficiosas y perjudiciales que afectan las respuestas del sorgo a la sequía mediante comparaciones de microbiomas multiescala y multisistema,
The ISME Journal (2022). DOI: 10.1038/s41396-022-01245-4
Jeffrey C Berry et al, Aumento de la relación señal-ruido en ensayos de campo experimentales mediante la regresión de las propiedades del suelo distribuidas espacialmente como componentes principales, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.70056
