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Reducir la dependencia de fertilizantes nitrogenados con fijación biológica de nitrógeno

Reducir la dependencia de fertilizantes nitrogenados con fijación biológica de nitrógeno
Se inocularon plántulas de Setaria viridis A10.1 de tres días de edad con Herbaspirillum seropedicae SmR1 (fix +) o SmR54 (fix?), Mientras que las plantas de control (CTRL) no se inocularon. Las plantas crecieron durante 2 semanas después de la inoculación en condiciones de invernadero. Se recolectaron las raíces y las hojas. Las raíces de las plantas que se inocularon con SmR1 o SmR54 se analizaron mediante microscopía de fluorescencia. Crédito: Beverly J. Agtuca, Sylwia A. Stopka, Thalita R. Tuleski, Fernanda P. do Amaral, Sterling Evans, Yang Liu, Dong Xu, Rose Adele Monteiro, David W. Koppenaal, Ljiljana Paša-Toli ?, Christopher R. Anderton, Akos Vertes y Gary Stacey

Los rendimientos de los cultivos han aumentado sustancialmente en las últimas décadas, junto con el uso cada vez mayor de fertilizantes nitrogenados.


por la Sociedad Americana de Fitopatología


Si bien los fertilizantes nitrogenados benefician el crecimiento de los cultivos, tienen efectos negativos sobre el medio ambiente y el clima, ya que requieren una gran cantidad de energía para producirlos. Muchos científicos están buscando formas de desarrollar prácticas más sostenibles que mantengan altos rendimientos de cultivos con insumos reducidos.

«Una forma más sostenible de proporcionar nitrógeno a los cultivos sería mediante el uso de la fijación biológica de nitrógeno , una práctica bien desarrollada para los cultivos de leguminosas», dice el patólogo de plantas Gary Stacey de la Universidad de Missouri. «Una variedad de bacterias fijadoras de nitrógeno son comunes en la rizosfera de la mayoría de las plantas . Sin embargo, estas bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB) han tenido un uso limitado como inoculantes en la agricultura».

Stacey y su colegio creen que este uso limitado se debe a los problemas generales asociados con el uso de productos biológicos para la producción de cultivos y la eficacia variable en la aplicación. Llevaron a cabo una investigación para obtener una mayor comprensión de la respuesta metabólica de la planta huésped con el fin de reducir la variabilidad observada con la respuesta de los cultivos a PGPB.

«Un desafío con nuestra investigación es que, si bien PGPB puede colonizar raíces a niveles altos, los sitios de colonización pueden estar muy localizados», dijo Stacey. «Por lo tanto, aislar raíces enteras da como resultado una dilución considerable de cualquier señal debido a que la gran mayoría de las células de la raíz no están en contacto con las bacterias«.

Para superar este desafío, Stacey y su equipo utilizaron espectrometría de masas de ionización por electropulverización por ablación con láser (LAESI-MS), que les permitió tomar muestras solo de los sitios infectados por la bacteria, que pudieron localizar debido a la expresión de la proteína verde fluorescente.

Sus resultados mostraron que la colonización bacteriana da como resultado cambios significativos en el metabolismo de las plantas, con algunos metabolitos más significativamente abundantes en las plantas inoculadas y otros, incluidos los metabolitos indicativos de nitrógeno, se redujeron en las raíces no inoculadas o inoculadas con una cepa bacteriana incapaz de fijar nitrógeno.

«Curiosamente, los compuestos involucrados en la biosíntesis de indol-alcaloides fueron más abundantes en las raíces colonizadas por la cepa fija, tal vez reflejando una respuesta de defensa de la planta», dijo Stacey. «En última instancia, a través de dicha investigación, esperamos definir los mecanismos moleculares mediante los cuales PGPB estimulan el crecimiento de las plantas para diseñar protocolos de inoculación eficaces y consistentes para mejorar el rendimiento de los cultivos».

El laboratorio de Stacey ha estado interesado durante mucho tiempo en la fijación biológica de nitrógeno y las interacciones planta-microbio en general. Desde el descubrimiento de la fijación biológica de nitrógeno (BNF), el laboratorio ha tenido el objetivo de transmitir los beneficios del BNF a cultivos no leguminosos como el maíz. Las PGPB tienen esta capacidad en la naturaleza, pero no se ha capturado adecuadamente para la producción agrícola práctica.

“Creemos que, a diferencia de otras interacciones mejor estudiadas, como rizobio-leguminosa, esto se debe a una falta generalizada de información sobre los mecanismos moleculares por los que las PGPB estimulan el crecimiento de las plantas. Por ello, hemos emprendido en nuestro laboratorio proyectos que buscan proporcionar esta información en la creencia de que dicha información aumentará la eficacia de los inoculantes de PGPG con el efecto neto de aumentar su uso para la producción de cultivos «.

Stacey y su equipo se sorprendieron mucho al descubrir que no vieron un impacto significativo en la producción de fitohormonas que se correlacionara estrechamente con la capacidad de PGPB para mejorar el crecimiento de las plantas. Esto sugiere que las PGPB afectan el metabolismo de las plantas en mayor medida de lo que se pensaba anteriormente, lo que tal vez apunta a explicaciones más complejas de cómo estas bacterias afectan el crecimiento de las plantas.



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