Un equipo colaborativo dirigido por el Prof. Bai Yang y el Prof. Chu Chengcai del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia China de Ciencias (CAS), examinó recientemente la variación en la microbiota de las raíces en 68 variedades de arroz indica y 27 japonica cultivadas en condiciones de campo. Revelaron que las variedades índica y japónica reclutaban una microbiota radicular distinta.
por la Academia China de Ciencias
En el suelo natural, las raíces de las plantas proporcionan un nicho ecológico para múltiples microorganismos del suelo conocidos como microbiota de las raíces . Estos microbios desarrollan una asociación íntima con las plantas, mejorando la absorción de nutrientes, el crecimiento y la tolerancia de las plantas a los patógenos.
Indica y japonica son las dos subespecies principales de arroz cultivado (Oryza sativa L.). Las variedades índicas muestran una mejor eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) en comparación con las variedades japónicas en el campo; NRT1.1B contribuye a esta variación natural del arroz. Sin embargo, el efecto de la microbiota de la raíz sobre la variación NUE observada entre las variedades índica y japónica aún no está claro.
Los investigadores establecieron un modelo utilizando un enfoque de aprendizaje automático de bosque aleatorio. Descubrieron que este modelo podía predecir con precisión las variedades índica y japónica en campos probados, lo que sugiere que los microbios de la raíz pueden servir como biomarcador para distinguir las variedades índica y japónica.
Es interesante que las variedades índicas tuvieran más bacterias asociadas con la función del metabolismo del nitrógeno en comparación con las variedades japónicas, lo que indica que la transformación del nitrógeno es más activa en el entorno de las raíces de las variedades índicas que de las japónicas.
Al comparar la microbiota asociada a las raíces de variedades de tipo salvaje y el mutante nrt1.1b, encontraron que NRT1.1B estaba asociado con el reclutamiento de aproximadamente la mitad de los taxones de bacterias enriquecidas con índica.
En particular, las variedades silvestres mostraron una relativa abundancia de bacterias de raíz que albergan genes clave para el proceso de amonificación; sin embargo, no hubo tal abundancia en el microbioma de la raíz del mutante nrt1.1b. Esto indica que dichos microbios de las raíces pueden catalizar la formación de amonio en el entorno de las raíces.
Utilizando un protocolo mejorado de alto rendimiento para cultivar e identificar bacterias, los investigadores cultivaron con éxito más del 70 por ciento de las especies bacterianas que eran detectables de forma reproducible en las raíces del arroz y establecieron la primera colección sistemática de cultivos bacterianos de raíces de arroz.
Luego utilizaron sistemas experimentales gnotobióticos con una comunidad sintética reconstruida (SynCom) y descubrieron que el SynCom enriquecido con índica mostraba una mayor capacidad para promover el crecimiento del arroz bajo un suministro de nitrógeno orgánico que el SynCom enriquecido con japonica. Esto sugiere además que las bacterias enriquecidas con índica pueden contribuir a una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno en el arroz índica.
Estos resultados no solo revelan la relación entre el microbioma de la raíz y la NUE en las subespecies de arroz, sino que también demuestran el papel de NRT1.1B en el establecimiento de la microbiota de la raíz. Las colecciones de cultivos bacterianos proporcionan un recurso para la investigación funcional de la microbiota de las raíces.
La investigación sobre la interacción entre los microbios de las raíces y el arroz ha sentado una base importante para la aplicación de microbios beneficiosos al proceso de utilización del nitrógeno y proporciona una base teórica para reducir los fertilizantes nitrogenados en la agricultura sostenible.
Este estudio, titulado «NRT1.1B está asociado con la composición de la microbiota de las raíces y el uso de nitrógeno en arroz cultivado en el campo», se publicó en línea en Nature Biotechnology el 29 de abril de 2019.
Más información: Jingying Zhang et al, NRT1.1B se asocia con la composición de la microbiota de las raíces y el uso de nitrógeno en el arroz cultivado en el campo, Nature Biotechnology (2019). DOI: 10.1038/s41587-019-0104-4
