Para que las plantas crezcan, absorben agua y nutrientes a través de sus raíces. Para ello dependen de pequeños ayudantes: sobre todo bacterias y hongos se encuentran en una fina capa alrededor de las raíces.
por el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas Cultivadas
Estos microbios también protegen a los organismos que son dañinos para la planta, del mismo modo que el «microbioma» del intestino humano ayuda a determinar si enfermamos o nos mantenemos sanos.
Un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Bonn y con la participación del Instituto IPK Leibniz ha demostrado en plantas de maíz que la composición genética de la planta huésped tiene una influencia significativa en la composición de los microbios de la raíz . La investigación se publica en Nature Plants .
«Se ha demostrado que el microbioma de la raíz depende en gran medida de condiciones de estrés como la deficiencia de nutrientes o agua», afirma el Dr. Yong Jiang, uno de los primeros autores del estudio y científico del grupo de investigación «Genética Cuantitativa» del IPK.
La composición genética de las diferentes variedades de maíz varía mucho. Las variedades regionales se adaptan a condiciones ambientales muy diferentes, dependiendo de si se cultivan en las tierras altas más frías o en las tierras bajas más cálidas de América del Sur. «La selección de variedades de maíz adaptadas al clima local a lo largo de siglos dio lugar a genotipos muy diferentes, que pudimos utilizar para el estudio», afirma el Dr. Peng Yu, jefe del grupo de investigación junior «Biología funcional de las raíces» de la Universidad de Bonn.
El equipo de investigación ha analizado hasta ahora 129 variedades de maíz. Estos se cultivaron en condiciones «normales» y con falta de fósforo, nitrógeno y agua. Además, se secuenció el ADN de microbios de 3.168 muestras tomadas de la capa que rodea las raíces, que tiene sólo unos pocos milímetros de espesor.
El papel del material genético en la raíz se reveló en condiciones de estrés. La deficiencia de nutrientes y agua también influyó en la composición de los microbios. Sin embargo, en las mismas condiciones de estrés, se revelaron diferencias en el microbioma de las variedades de maíz. «Hemos demostrado que determinados genes del maíz interactúan con determinadas bacterias», explica el Dr. Peng Yu.
El equipo de investigación internacional incluso pudo utilizar datos sobre las condiciones de crecimiento en el lugar de origen de una variedad de maíz en particular y su composición genética para predecir qué organismos clave se encuentran en el microbioma de la raíz. Destacaron especialmente las bacterias del género Massilia.
«Llamó la atención que sólo unos pocos ejemplares de estos microbios estuvieran presentes cuando había un suministro suficiente de nitrógeno», explica el Prof. Dr. Gabriel Schaaf del departamento de Ecofisiología de Nutrición Vegetal del INRES y miembro del Grupo de Excelencia PhenoRob en el Universidad de Bonn.
Si, por el contrario, el nitrógeno era escaso, se encontraron muchas Massilia en las raíces. Luego, el equipo «inoculó» raíces de maíz con esta bacteria. Esto demostró que las plantas formaron posteriormente muchas más raíces laterales y, por tanto, mejoraron significativamente su absorción de nutrientes y agua.
En investigaciones posteriores, los investigadores descubrieron que la raíz atrae a las bacterias Massilia con flavonas. Se trata de un pigmento vegetal que estimula la formación de raíces laterales con la ayuda de las bacterias. «Sin embargo, el requisito previo para ello era que la planta de maíz tuviera un gen de unión a los microtúbulos», dice el Dr. Peng Yu.
«Para este estudio, también abrimos la caja de herramientas de la genética cuantitativa para la investigación del microbioma», explica el científico del IPK, Dr. Yong Jiang. «Nos sorprendió la gran proporción del componente genético en la formación del microbioma».
Los resultados pueden ser utilizados tanto por la ciencia como por la cría. «Pueden servir como base para investigar más cuestiones agroecológicas y desarrollar nuevas variedades de maíz que se adapten mejor al cambio climático basándose en los datos del genoma y el microbioma».
Más información: Xiaoming He et al, La variación del microbioma hereditario se correlaciona con el entorno de origen en variedades de maíz adaptadas localmente, Nature Plants (2024). DOI: 10.1038/s41477-024-01654-7 . www.nature.com/articles/s41477-024-01654-7
