En una nueva colaboración, los científicos del Centro de Innovación Avanzada de Bioenergía y Bioproductos (CABBI) han identificado los tipos de microbios que se asocian con la caña de aceite modificada.
por April Wendling, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment
La exploración adicional del microbioma de la caña de aceite puede revelar oportunidades para aprovechar las interacciones entre plantas y microbios en estas materias primas, lo que podría aumentar los rendimientos de aceite para la producción sostenible de bioenergía.
En términos de biomasa, la caña de azúcar es el cultivo más producido en el mundo y no es difícil ver por qué; proporciona la materia prima para el 26% del bioetanol mundial y el 80% de la producción mundial de azúcar.
Una variedad particular de caña de azúcar modificada metabólicamente, llamada caña de aceite, acumula de 30 a 400 veces más triacilglicerol (TAG) denso en energía que la caña de azúcar de tipo salvaje, lo que la convierte en un cultivo ideal para la producción de biocombustibles. Al estudiar esta materia prima que desvía los azúcares naturales para la producción de petróleo, los investigadores pueden proporcionar alternativas sostenibles de combustibles fósiles a base de plantas.
Una vía que los investigadores están buscando para mejorar los cultivos es la gestión del microbioma . Comprender las interacciones entre las plantas y los microorganismos que viven en ellas puede ayudarnos a desarrollar prácticas de manejo agrícola que pueden aumentar la productividad y la resiliencia de los cultivos. Si bien se ha estudiado el microbioma de la caña de azúcar, históricamente el microbioma de la caña de aceite ha sido un territorio desconocido.
En una colaboración entre los temas de Sostenibilidad y Producción de materia prima de CABBI, los investigadores exploraron las diferencias en la estructura del microbioma entre varias accesiones de caña de aceite y la caña de azúcar de tipo salvaje. El investigador postdoctoral del estado de Iowa Jihoon Yang y la profesora asistente Adina Howe dirigieron el proyecto desde el lado de la sostenibilidad, mientras que el científico biológico de la Universidad de Florida Baskaran Kannan y el profesor Fredy Altpeter fueron los líderes de la materia prima.
El estudio, publicado en Biotechnology for Biofuels and Bioproducts , examinó los microbiomas de cuatro accesiones de caña de aceite diferentes (desarrolladas por el equipo de Altpeter en la Universidad de Florida) en comparación con la caña de azúcar no modificada.
El equipo plantó cada una de estas cañas de aceite y caña de azúcar modificadas en el mismo suelo. Una vez que crecieron, tomaron muestras de los microbios de las hojas, los tallos, las raíces, los suelos de la rizosfera y el suelo a granel. Utilizando herramientas bioinformáticas y de secuenciación de vanguardia, el equipo descubrió que cada accesión de caña de aceite tenía microbiomas diferentes a los de la caña de azúcar no modificada.
Curiosamente, las mayores diferencias en la composición del microbioma se observaron en la accesión de caña de aceite que expresó más el transgén WRI1. WRI1 es conocido como el “regulador maestro” de la biosíntesis de lípidos y contribuye con cambios significativos en el perfil de expresión génica, lo que afecta la capacidad de la planta para acumular TAG densos en energía.
Este estudio mostró que las accesiones de caña de aceite modificadas metabólicamente que difieren en su expresión transgénica se asociarán con distintos microbiomas, lo que sugiere que las diferencias metabólicas en la caña de aceite (en comparación con la caña de azúcar) desempeñan un papel en la determinación de la composición del microbioma de la planta.
Los investigadores postulan que la asociación de la caña de aceite con microbios específicos en el suelo puede beneficiar a la planta de alguna manera, como suele ocurrir con otras plantas. El equipo espera dirigir más investigaciones hacia la comprensión de cómo los microbiomas exclusivos de ciertos tipos de caña de aceite interactúan con sus plantas anfitrionas.
“La información en esta área podría conducir a avances en la gestión de la caña de aceite, en la que los productores podrían adaptar las interacciones entre plantas y microbios para mejorar sus cosechas y los rendimientos de aceite”, dijo Howe.
Altpeter agregó: “La investigación adicional también puede conducir a un microbioma personalizado que podría aumentar el rendimiento agronómico y el rendimiento de la caña de aceite modificada metabólicamente”.
Más información: Jihoon Yang et al, Diferencias de microbiomas en las accesiones de caña de azúcar y de caña de aceite modificada metabólicamente y sus implicaciones para la producción de bioenergía, Biotecnología para biocombustibles y bioproductos (2023). DOI: 10.1186/s13068-023-02302-6
