Los biosensores de fosfato podrían conducir a un uso más eficiente de fertilizantes


Shiqi Zhang pasó muchos meses sentada sola en una habitación oscura, mirando fijamente a la lente de un microscopio confocal mientras enfocaba un rayo láser en células vegetales montadas en un portaobjetos de vidrio. 


por Michael J. Haas, Universidad de Cornell


Estaba midiendo los cambios en la intensidad de la luz fluorescente emitida por las células cuando eran golpeadas por un rayo láser. El trabajo sutil y minucioso valió la pena: a partir de las coloridas imágenes resultantes, pudo medir la cantidad de fosfato dentro de las células vivas individuales de un sistema simbiótico planta-hongo, algo que nunca antes se había hecho.

«Antes de este estudio, solo podíamos cuantificar el fosfato triturando la raíz, midiéndola y obteniendo un montón de números en una pantalla», dijo Zhang, becario postdoctoral en el laboratorio de Maria Harrison en el Instituto Boyce Thompson. «En realidad, ver el fosfato en color dentro de una célula bajo un microscopio fue mucho más emocionante».

Las herramientas y métodos que el equipo desarrolló para el estudio tienen amplias aplicaciones para la investigación agrícola . Por ejemplo, podrían ayudar a identificar variantes de plantas que dirijan de manera eficiente el fosfato a sus raíces, brotes, frutos (cualquiera que sea la parte de la planta que se coseche) y los fitomejoradores podrían usar esa información para mejorar los cultivos.

«Cualquier cosa que haga que las plantas sean más eficientes en el uso de fosfato es muy beneficiosa para la agricultura, y estas herramientas ayudarán a lograrlo», dijo Harrison.

Los resultados fueron publicados en la edición de junio de New Phytologist .

El laboratorio de Harrison estudia las relaciones simbióticas de los hongos micorrízicos arbusculares y las plantas terrestres . La planta huésped intercambia carbono por nutrientes minerales, principalmente fosfato, del hongo, que encuentra esos nutrientes al extender estructuras largas similares a filamentos llamadas hifas desde el huésped hacia el suelo. Pero se desconocía exactamente cómo los hongos influyen en el contenido de fosfato en sus huéspedes y cómo las células huésped individuales responden a los cambios en el contenido de fosfato.

«Sabíamos que el fosfato se movía del hongo a la planta huésped , y luego entre las células del huésped, pero nadie había rastreado la transferencia», dijo Harrison. «La modificación de herramientas desarrolladas por colegas de la Universidad Texas A&M nos permitió visualizar y monitorear esas dinámicas».

La clave de la técnica fue la mejora de los biosensores, que son proteínas fluorescentes codificadas genéticamente en una planta que detectan un ion particular. Cuando los biosensores se unen al ion, el color de la luz fluorescente que emiten cambia, proporcionando una lectura cuantificable del contenido de iones. También se desarrolló un biosensor de control que no se unía al fosfato. Estos aspectos del trabajo se llevaron a cabo en Texas A&M en el laboratorio de Wayne Versaw.

Juntos, los equipos de Harrison y Versaw modificaron los biosensores para permitirles trabajar específicamente en células de raíces micorrícicas. Los sensores se probaron en Brachypodium distachyon que viven en simbiosis con dos especies de hongos AM y se espera que funcionen en varias especies de cultivos agrícolas importantes, incluidos el arroz, el trigo y el sorgo.

«En mi investigación de doctorado, trabajé con biosensores de calcio y los biosensores de fosfato funcionan con los mismos principios», dijo Zhang.

«La experiencia de Shiqi le permitió ampliar la frontera de la obtención de imágenes de raíz de micorrizas al localizar y cuantificar el contenido relativo de iones de fosfato», agregó Harrison.

Juntos, las nuevas herramientas y métodos permitieron al equipo observar cómo el contenido de fosfato variaba entre los tipos de células de la raíz de B. distachyon; cómo el contenido de fosfato en las células variaba con la etapa de desarrollo del hongo cercano; y la rapidez con la que el hongo transfirió fosfato a las células vegetales adyacentes.


Más información: Shiqi Zhang et al, Un biosensor codificado genéticamente revela una variación espaciotemporal en el contenido de fosfato celular en las raíces micorrízicas de Brachypodium distachyon, 

New Phytologist (2022). DOI: 10.1111/nph.18081



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