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Las bacterias asociadas a las raíces de las plantas colonizan preferentemente sus raíces nativas de la planta huésped

Las bacterias asociadas a las raíces de las plantas colonizan preferentemente sus raíces nativas de la planta huésped
Representación de la leguminosa modelo Lotus japonicus y crucifer Arabidopsis Thaliana. Crédito: Kathrin Wippel

Un equipo internacional de investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Mejoramiento Vegetal y la Universidad de Aarhus en Dinamarca ha descubierto que las bacterias de la microbiota vegetal están adaptadas a su especie huésped. 


por Max Planck Society


En un estudio recientemente publicado, muestran cómo las bacterias asociadas a las raíces tienen una ventaja competitiva al colonizar su huésped nativo, lo que les permite invadir una microbiota ya establecida.

Las plantas, incluidos los cultivos como el arroz y el trigo, obtienen sus nutrientes minerales esenciales y agua a través de sus raíces, lo que las convierte en una interfaz importante entre las plantas y el medio ambiente del suelo. Las raíces de las plantas terrestres se asocian con una amplia gama de microbios, incluidas las bacterias, que se reclutan del suelo circundante y se ensamblan en comunidades estructuradas conocidas como microbiota de la raíz. Estas comunidades microbianas son sostenidas por la planta huésped , que les proporciona nutrientes, principalmente en forma de compuestos de carbono orgánico secretados por la raíz. A su vez, estas bacterias comensales median en múltiples procesos que son beneficiosos para su planta huésped, como proporcionar defensa contra patógenos, mejorar la movilización de nutrientes del suelo e impactar positivamente el crecimiento.

Dada su importancia para la salud de las plantas, el estudio de la microbiota de la raíz se ha convertido en un campo de investigación prometedor que tiene como objetivo comprender cómo ocurren estas interacciones y, eventualmente, podría ayudar a aumentar el rendimiento y la resistencia de las plantas de cultivo. Aunque es bien sabido que las plantas secretan diversas moléculas pequeñas en el suelo a través de sus raíces que sirven como quimioatrayentes para la colonización de las raíces por un subconjunto de bacterias que habitan en el suelo, el grado de selección activa realizada por el huésped y el grado en que las raíces asociadas Las comunidades microbianas están adaptadas a especies vegetales específicas que siguen siendo en gran parte desconocidas. En un nuevo estudio publicado en Nature Microbiology, un equipo de investigadores del Departamento de Interacciones Planta-Microbio del MPIPZ en Colonia, Alemania, y la Universidad de Århus en Dinamarca, tuvo como objetivo obtener una comprensión más profunda de estas complejas interacciones de múltiples especies.

Como primer paso en esta búsqueda, establecieron una colección completa de bacterias derivadas de raíces de la leguminosa modelo Lotus japonicus, una pequeña proporción de las cuales son bacterias simbióticas que fijan nitrógeno atmosférico para el crecimiento de las plantas. Junto con una colección de cultivos ya establecida a partir de raíces del modelo crucífero Arabidopsis thaliana, se diseñaron comunidades microbianas sintéticas (SynComs) para explorar el ensamblaje de la microbiota de diferentes especies de plantas. Aunque las comunidades bacterianas de las dos plantas eran similares, los investigadores observaron una clara preferencia de estas bacterias por colonizar su huésped nativo. Esta preferencia fue mediada por una mayor competitividad mostrada por múltiples especies bacterianas al colonizar su huésped de origen en comparación con las originalmente aisladas del otro huésped.

Sorprendentemente, la preferencia de hospedador solo se observó en un contexto comunitario, donde diferentes microbios compiten entre sí, pero no cuando se permitió que especies bacterianas individuales colonizaran las raíces de las plantas en ausencia de competencia. El análisis de la expresión génica de ambas especies de plantas al interactuar con diferentes comunidades sintéticas mostró además que este proceso fue, al menos en parte, impulsado por el huésped. Curiosamente, la colonización de raíces por SynCom nativos y no nativos exhibió perfiles de expresión génica contrastantes para varios reguladores bien conocidos de la inmunidad vegetal. Sobre la base de esta observación, los autores plantearon la hipótesis de que las cepas nativas tienen una ventaja competitiva.al colonizar las raíces de su correspondiente planta huésped mediante la formación de nichos de huéspedes específicos de la especie. Para probar esta hipótesis, los científicos realizaron una serie de experimentos complejos, en los que se permitió que SynComs de diferentes especies hospedantes invadieran comunidades bacterianas asociadas a raíces ya establecidas en plantas hospedadoras y no hospedadoras. Sus resultados mostraron que los SynCom nativos tenían una ventaja competitiva al invadir una microbiota ya establecida en su planta huésped, lo que indica que la adaptación de bacterias comensales a sus especies de plantas nativas conduce a una mayor invasividad y persistencia.

Kathrin Wippel, primera autora del estudio, dice: «Nos sorprendió saber que la colonización de raíces por SynComs nativos y no nativos resultó en una reprogramación transcripcional diferencial de raíces de plantas, posiblemente contribuyendo a la formación de nichos radiculares específicos para bacterias comensales nativas. Estos hallazgos indican que diversas bacterias que viven en el suelo se asocian y prefieren una planta huésped específica, similar a los patógenos o simbiontes beneficiosos de las plantas «.

Estos hallazgos podrían tener un impacto significativo en la agricultura, ya que resaltan la importancia de la competitividad entre diferentes bacterias y el impacto de la preferencia de hospedante para una colonización exitosa de las raíces. Los inoculantes probióticos adaptados a plantas de cultivo específicas con una capacidad mejorada para invadir y persistir en comunidades microbianas existentes podrían ayudar a superar la variación en la eficacia de los productos biológicos utilizados actualmente en la agricultura.



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