Los seres humanos y los animales tienen firmas químicas y microbianas que influyen en su bienestar de una forma u otra.
por la Universidad de Aarhus
En medicina, el uso de probióticos en lugar de antibióticos se ha convertido en una prioridad. Sin embargo, los humanos y los animales no son los únicos que tienen una estrecha relación con su microflora. Las plantas también exhiben relaciones similares con sus entornos. Tal como lo hacen en los humanos, los microbios juegan un papel importante en la salud de las plantas y en la resistencia a las enfermedades de las plantas.
En la Universidad de Aarhus en Flakkebjerg, Dinamarca, los investigadores están estudiando las plantas, la salud de las plantas y las enfermedades de las plantas causadas por patógenos microbianos. La capacidad de las plantas para combatir patógenos microbianos como bacterias y hongos está determinada en gran medida por los genes de las plantas que regulan las capacidades de defensa de las plantas. En un nuevo estudio, investigadores de AU Flakkebjerg estudiaron cómo las plantas con diferentes rasgos de resistencia interactúan con sus microbios para responder al ataque de patógenos.
La investigación se publica en la revista Microbiology Spectrum .
«Hemos investigado lo que sucede en las plantas cuando son atacadas por un patógeno. ¿Qué cambios ocurren en la planta misma, así como en sus comunidades microbianas asociadas (es decir, el microbioma) durante el ataque de un patógeno? ¿Qué hace que algunas plantas sean resistentes mientras que otras no lo son? Para responder a estas preguntas, exploramos la interacción entre los compuestos químicos de las plantas y la plétora de comunidades microbianas asociadas con la planta. Esta no es realmente una nueva área de investigación, pero al aplicar tecnologías nuevas y modernas en este estudio, hemos podido obtener una visión mucho más detallada de lo que realmente está sucediendo, en términos de interacciones entre los productos químicos de las plantas y los microbios», dice el profesor asistente Enoch Narh Kudjordjie, uno de los investigadores principales del Departamento de Agroecología de la Universidad de Aarhus.
Las plantas tienen su propio sistema de defensa integrado.
Al igual que los humanos, las plantas tienen su propio sistema inmunológico, que juega un papel muy importante en la prevención de enfermedades. La defensa de la planta está estrechamente regulada por los metabolitos secundarios de la planta , las hormonas y los microbios beneficiosos dentro y alrededor de la planta.
Este sistema de defensa y su activación son complejos, y todavía tenemos que entender en detalle cómo se unen estos componentes para ayudar a la planta a protegerse de los ataques. Sin embargo, hay luz al final del túnel, ya que los científicos están avanzando en el estudio de estos componentes de defensa mediante el análisis de diferentes genotipos de plantas, utilizando nuevas técnicas como la secuenciación de próxima generación y las plataformas de química analítica.
“Hemos estado trabajando con una planta modelo conocida como Arabidopsis thaliana. Los genotipos de Arabidopsis tienen diferentes niveles de resistencia a Fusarium oxysporum, un hongo patógeno que ataca a varias especies de plantas. En el presente trabajo utilizamos dos genotipos de Arabidopsis, uno que es resistente y otro que es susceptible a Fusarium oxysporum. Estos genotipos contrastantes se eligieron para permitirnos obtener una visión integral de los cambios metabólicos y microbianos que subrayan la resistencia y la susceptibilidad de las plantas durante el ataque de patógenos», explica Kudjordjie.
infección de la enfermedad
Para empezar, los investigadores infectaron genotipos de Arabidopsis de dos semanas de edad que crecían en suelo de campo en un invernadero con el hongo patógeno Fusarium oxysporum. Para examinar los cambios durante el período de infección, recolectaron muestras de raíces y brotes a intervalos de 5 días, comenzando desde los 5 días posteriores a la infección y hasta el día 25 después de la infección. Confirmaron las infecciones por qPCR y monitoreando los síntomas de la enfermedad.
«De esta manera estábamos absolutamente seguros de que las plantas estaban realmente infectadas. La prueba de qPCR mostró una clara diferencia entre los dos genotipos, con el genotipo resistente que tenía un nivel mucho más bajo del patógeno que el susceptible».
La química vegetal y el microbioma son únicos
Kudjordjie continúa: «Luego, continuamos explorando las diferencias que pueden existir en la química y los microbiomas en los dos genotipos, y encontramos grandes diferencias. Como era de esperar, los metabolitos y las hormonas vegetales estudiados eran distintos tanto en las plantas sanas como en las enfermas, lo que confirma la participación de ciertas moléculas químicas vegetales en la mediación de la defensa de la planta. Del mismo modo, encontramos que la composición microbiana, así como las redes de la comunidad microbiana, eran distintas en plantas resistentes y susceptibles sanas y enfermas. Además, las bacterias beneficiosas como los géneros Pseudomonas y Rhizobium eran en su mayoría enriquecido en la rizosfera de las plantas infectadas, lo que sugiere un reclutamiento activo de microbios para resistir la invasión de patógenos».
Los genes vegetales, la química y las comunidades microbianas son actores clave
«Desde una perspectiva más integral, el presente trabajo ha profundizado nuestra comprensión de cómo las plantas se defienden contra un patógeno fúngico. Más importante aún, encontramos una asociación fuerte y única entre los metabolitos de defensa individuales y los microbios específicos en las plantas sanas y enfermas de los diferentes genotipos. Un análisis más detallado de los genes responsables de la defensa de la planta contra el patógeno reveló varias mutaciones en varias vías químicas y hormonales en la planta susceptible en comparación con la planta resistente. Estos resultados confirmaron fuertemente que tres componentes subyacentes del huésped (genes, metabolitos y microbiomas), controlar de forma interactiva la defensa de la planta», explica Kudjordjie.
«En pocas palabras, descubrimos que los genotipos de plantas individuales tienen un conjunto único de genes que regulan las actividades biológicas, incluidos los procesos metabólicos que median en el ensamblaje de microbiomas específicos durante diferentes estados fisiológicos de la planta. Sin embargo, los microbios en el suelo también influyen en lo que sucede en el planta.»
La protección natural de las plantas en el futuro
¿Podemos imaginar un futuro en el que las plantas se cultiven con un rendimiento optimizado y otras ganancias agronómicas y económicas sin el uso de productos químicos sintéticos? Eso mejorará la salud humana y también eliminará la contaminación ambiental de los agroquímicos. Hasta ahora, la evidencia acumulada apunta a esa posibilidad, y los hallazgos actuales de los investigadores de la AU son fundamentales para los futuros esfuerzos de investigación en el desarrollo de productos naturales para la protección de las plantas.
«Aunque estos hallazgos son emocionantes, necesitamos aprovechar nuestro conocimiento e integrarlo en futuras estrategias de control de enfermedades. Un enfoque desde el lado de la planta sería desarrollar genotipos de plantas con niveles mejorados de metabolitos defensivos para atraer ciertos microorganismos para combatir patógenos específicos. Esto implica que los fitomejoradores tendrían que incluir la química de la planta en su caja de herramientas. Otra estrategia es desarrollar inoculantes microbianos que incluyan varios microbios beneficiosos que puedan mejorar de manera óptima la aptitud de la planta en diversos entornos. Somos bastante optimistas de utilizar microbiomas como protectores de plantas, así como posibilidad de cultivar ‘súper’ cultivos que sean capaces de defenderse de los patógenos en el futuro», dice Kudjordjie.
Más información: Enoch Narh Kudjordjie et al, Fusarium oxysporum Disrupts Microbiome-Metabolome Networks in Arabidopsis thaliana Roots, Microbiology Spectrum (2022). DOI: 10.1128/espectro.01226-22
