Investigadores analizaron cerca de 66.000 células y distinguieron cuatro etapas de la simbiosis entre el cultivo y un hongo micorrízico
Redactor: Valentina Ríos
Editor: Eduardo Schmitz
Científicos del Instituto Flamenco de Biotecnología (VIB) y la Universidad de Gante, en Bélgica, elaboraron el primer mapa de alta resolución que muestra, célula por célula, cómo las raíces del tomate responden a la colonización de hongos micorrízicos arbusculares. El trabajo permite observar los programas moleculares activados durante las distintas fases de esta asociación beneficiosa.
El equipo, dirigido por la profesora Sofie Goormachtig, examinó la actividad genética de cerca de 66.000 células individuales procedentes de raíces colonizadas por Rhizophagus irregularis. Los resultados fueron publicados en la revista científica Current Biology y ofrecen nuevos datos para estudiar cultivos capaces de aprovechar con mayor eficiencia los nutrientes disponibles en el suelo.
Cuatro etapas de colonización en las raíces del tomate
Los hongos micorrízicos arbusculares establecen relaciones simbióticas con la mayoría de las plantas terrestres. Sus filamentos se extienden por el suelo y facilitan la captación de fósforo, nitrógeno y otros nutrientes, mientras reciben de la planta compuestos de carbono producidos mediante la fotosíntesis.
Esta interacción resulta difícil de estudiar porque varias fases de colonización pueden desarrollarse simultáneamente dentro de una misma raíz. Para separar esas respuestas, los investigadores aplicaron transcriptómica de núcleos individuales, una técnica que permite identificar qué genes están activos en cada célula.
El análisis distinguió cuatro etapas consecutivas: las células superficiales detectan la llegada del hongo; las células internas se preparan para permitir su entrada; otras construyen las estructuras destinadas al intercambio de nutrientes; y, finalmente, determinadas células alojan arbúsculos maduros y funcionales.
Los arbúsculos son estructuras fúngicas ramificadas que se forman dentro de las células de la raíz y funcionan como puntos principales de intercambio. Su importancia coincide con investigaciones sobre la eficiencia del fósforo y las micorrizas en el tomate, una relación de interés para el manejo nutricional del cultivo.
La actividad genética cambia durante la simbiosis
Los científicos utilizaron una señal fluorescente para localizar las regiones donde el hongo estaba activo. Posteriormente, compararon los perfiles genéticos de las células y comprobaron que cada fase de la colonización presenta una firma molecular específica.
El estudio mostró que una vía de señalización considerada anteriormente propia de la superficie de la raíz continúa funcionando en zonas más profundas. Los autores plantean que esta actividad podría preparar las células corticales internas para recibir los arbúsculos mediante cambios en su metabolismo y desarrollo.
Las células que contienen arbúsculos maduros también parecen integrar información sobre el estado nutricional general de la planta. Este hallazgo sugiere que el tomate regula la inversión de recursos en la simbiosis según la disponibilidad de nutrientes, aunque será necesario realizar nuevos experimentos para determinar el funcionamiento preciso de este mecanismo.
La asociación estudiada se relaciona con procesos más amplios de interacción subterránea entre plantas, raíces y hongos. Estas redes biológicas intervienen en el movimiento de nutrientes y en las respuestas de los vegetales ante las condiciones del suelo.
Nuevos reguladores para investigar cultivos eficientes
Mediante la herramienta computacional MINI-EX, el equipo identificó factores de transcripción que podrían controlar la activación de genes en cada etapa. El análisis confirmó reguladores previamente conocidos y detectó otros candidatos que no habían sido relacionados con esta simbiosis.
Tres de los nuevos candidatos fueron evaluados directamente en raíces vivas de tomate. Según los investigadores, mostraron patrones de actividad correspondientes a las etapas previstas por el análisis computacional, lo que respalda su posible función como reguladores del proceso de colonización.
El conjunto de datos abre una vía para investigar si la selección o modificación de determinados mecanismos celulares puede mejorar el aprovechamiento de nutrientes. Se trata todavía de conocimiento experimental y no de una tecnología disponible para productores, pero podría orientar futuros programas destinados a reducir pérdidas de fertilizantes y fortalecer la adaptación de los cultivos al estrés.
Las micorrizas también se estudian por otras aplicaciones agrícolas y ambientales. Investigaciones anteriores han evaluado hongos de las raíces frente a metales pesados en el suelo, mientras que en tomate se analiza cómo las señales que atraen hongos beneficiosos pueden ser aprovechadas por plantas parásitas que atacan el cultivo.
Una base científica para mejorar la nutrición vegetal
El mapa celular no demuestra por sí solo que las plantas puedan prescindir de fertilizantes sintéticos. Su contribución consiste en identificar con precisión los genes, células y etapas implicados en el intercambio entre el tomate y Rhizophagus irregularis.
Los autores consideran que esta información permitirá diseñar experimentos más específicos sobre eficiencia nutricional y respuesta al estrés. Antes de trasladar los resultados al campo será necesario comprobar su funcionamiento en diferentes variedades, suelos, condiciones ambientales y sistemas de producción.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Instituto Flamenco de Biotecnología
Current Biology
