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Soluciones microbianas subterráneas para problemas de plantas aéreas

Soluciones microbianas subterráneas para problemas de plantas aéreas
Prioridad al crecimiento vegetal inducido por la microbiota sobre la defensa, en condiciones de poca luz. Imagen creada con BioRender. Crédito: Stéphane Hacquard

Las plantas terrestres, aquellas que viven principalmente en hábitats terrestres y forman vegetación, están ancladas al suelo a través de sus raíces y su desempeño depende tanto de las condiciones del suelo subterráneo como del clima de la superficie. 


por Max Planck Society


Las plantas utilizan la luz solar para crecer a través del proceso de fotosíntesis, donde la energía luminosa se convierte en energía química en los cloroplastos, las centrales eléctricas de las células vegetales. Por lo tanto, la cantidad y calidad de luz que perciben los cloroplastos a través de pigmentos que absorben la luz, como la clorofila, es un factor determinante en el crecimiento y la salud de las plantas. Una cantidad sustancial de los compuestos químicos producidos durante la conversión de energía luminosa en energía química, denominados fotoasimilados (principalmente azúcares), se trasladan al compartimento de la raíz de la planta y se invierten en el suelo circundante para mantener el crecimiento microbiano. Como consecuencia, las raíces albergan comunidades microbianas complejas de bacterias y eucariotas filamentosas (es decir, hongos y oomicetos), y la composición de estas comunidades influye profundamente en el rendimiento de las plantas. Sin embargo, el grado en que las plantas pueden aprovechar los microbios subterráneos para orquestar las respuestas al estrés en la superficie permanece en gran parte inexplorado. Ahora, en un nuevo estudio publicado en Nature Plants , Stéphane Hacquard y sus colegas del Departamento de Interacciones Planta-Microbio del MPIPZ en Colonia, Alemania, arrojaron luz sobre estas conexiones subterráneas.

Para abordar esta cuestión, el primer autor del estudio, Shiji Hou, realizó experimentos en los que se podían controlar las condiciones de luz sobre el suelo y las condiciones microbianas subterráneas. Al comparar el crecimiento de Arabidopsis thaliana (Thale Cress) cultivado en ausencia de microbios de la raíz (es decir, libre de gérmenes) con el de aquellos colonizados por una comunidad compleja de 183 bacterias, 24 hongos y siete oomicetos, los investigadores observaron que la presencia de microbios rescató la deficiencia de crecimiento de las plantas observada en condiciones de poca luz. Los experimentos de inoculación con patógenos de las hojas indicaron además que las plantas colonizadas por microbios también eran más resistentes a los patógenos de las hojas aéreas que las plantas de control libres de gérmenes, lo que indica que la presencia de microbios de las raíces puede promover tanto el crecimiento como la defensa de las plantas en condiciones de poca luz.

Al comparar las respuestas de crecimiento y defensa de las plantas colonizadas entre las dos condiciones de luz, los científicos observaron que la inversión en el crecimiento en condiciones de poca luz tenía el costo de la defensa, ya que las respuestas de defensa inducidas por la microbiota se redujeron y las plantas eran más susceptibles a los patógenos de las hojas en condiciones de luz. luz baja. Con base en esta observación, los autores del estudio plantearon la hipótesis de que cuando las condiciones de luz son subóptimas, las plantas favorecen el crecimiento inducido por microbios sobre las respuestas de defensa inducidas por microbios. Para probar esta hipótesis, los investigadores seleccionaron diferentes mutantes de A. thaliana para identificar aquellos que no invirtieron en el crecimiento con poca luz. De acuerdo con su hipótesis, los mutantes identificados resistieron mejor a los patógenos de las hojas. Además,

Luego, los investigadores investigaron si la composición de la comunidad microbiana subterránea podría explicar la inversión aérea en el crecimiento a expensas de la defensa en condiciones de poca luz. Para hacer esto, analizaron la composición de la microbiota de la raíz a través de los diferentes mutantes de A. thaliana y observaron que la composición de la comunidad bacteriana era marcadamente diferente dependiendo de si las diferentes plantas invirtieron en crecimiento con poca luz. Este experimento condujo a la identificación de 67 cepas bacterianas que se predijo que se asociarían con el rescate del crecimiento de las plantas en condiciones de poca luz. Para probar un posible vínculo causal, los investigadores prepararon tres comunidades bacterianas diferentes compuestas por: 1) las 183 cepas, 2) las 183 cepas que carecen de las 67 cepas que se predice que son importantes para el rescate del crecimiento o 3) las 67 cepas solas. Sorprendentemente, A.

En palabras del líder del estudio Stéphane Hacquard: «Nuestros resultados sugieren que el crecimiento de las plantas y las respuestas de defensa están involucradas en diferentes ciclos de retroalimentación con la microbiota de la raíz dependiendo de las condiciones de luz sobre el suelo. Es probable que el cambio inducido por la luz en los perfiles de exudación de las raíces sea un factor importante Mecanismo que estimula el crecimiento de comensales radiculares bacterianos beneficiosos particulares que estimulan el crecimiento de las plantas , a expensas de las respuestas de defensa en condiciones de poca luz.. «La observación de que existen circuitos de microbiota-raíz-brote-en las plantas recuerda los resultados recientes obtenidos en el contexto del eje microbiota-intestino-cerebro en animales, donde se descubrió un vínculo directo entre los comensales intestinales y las funciones cerebrales. Los resultados sugieren que los comensales bacterianos de raíz e intestino tienen funciones importantes en la modulación de las respuestas al estrés no solo localmente, sino también en órganos distantes del huésped.

Estos hallazgos tienen aplicaciones importantes para el uso de microbios subterráneos para promover respuestas de estrés sobre el suelo en las plantas . Al aplicar los conocimientos adquiridos en este estudio, ahora sería concebible diseñar comunidades microbianas sintéticas con funciones modulares que podrían usarse para promover la resistencia de las plantas a estreses bióticos o abióticos particulares y, en última instancia, promover la salud de las plantas en la naturaleza.



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