Agricultura Estados Unidos Suelos

Un censo del microbioma del suelo

Un censo del microbioma del suelo.
Los pelos de las raíces del maíz (azul) están íntimamente colonizados por bacterias (rosa). Crédito: D. Dar

Muchas personas han experimentado la misteriosa muerte de una planta de interior. A pesar de la abundancia de agua y luz solar, algo invisible parece suceder debajo de la superficie del suelo para sabotear la salud de la planta. 


por Lori Dajose, Instituto de Tecnología de California


Así como las comunidades de microbios viven en el intestino humano e influyen en la salud humana, el llamado microbioma del suelo de bacterias y hongos influye íntimamente en la salud de las plantas desde la raíz.

En nuestro clima cambiante, una comprensión profunda de los microbiomas saludables del suelo conducirá a cultivos más resistentes y, por lo tanto, a fuentes de alimentos más sostenibles. Ahora, un equipo dirigido por investigadores de Caltech ha desarrollado una nueva técnica computacional para analizar el ADN presente dentro de una muestra de suelo con el fin de estudiar las especies microbianas presentes. La técnica ha revelado nuevos conocimientos sobre las especies bacterianas que protegen a las plantas de los hongos patógenos.

El trabajo se realizó en el laboratorio de Dianne Newman, profesor Gordon M. Binder / Amgen de biología y geobiología y director ejecutivo de biología molecular. Newman es el líder de la iniciativa de ingeniería de ecología y biosfera en el Instituto de Sostenibilidad Resnick de Caltech.

«Si bien se han logrado grandes avances en la comprensión del microbioma humano durante la última década, nuestra comprensión comparativa del microbioma del suelo está rezagada», dice Newman. «Sin embargo, el suelo es un reservorio microbiano de importancia crítica, dada su conexión directa con la seguridad alimentaria, la retención de agua y nutrientes y el presupuesto global de carbono».

Dirigido por el académico postdoctoral Daniel Dar, el nuevo estudio presenta un algoritmo computacional para analizar el ADN de muestras de suelo y raíces para cuantificar la abundancia de bacterias con características funcionales específicas. El microbioma del suelo a menudo se denomina «materia oscura microbiana», porque muchas de estas especies no se pueden cultivar fácilmente en un laboratorio. Por lo tanto, tomar una muestra de suelo e intentar cultivar las bacterias no es una forma confiable de determinar qué especies están presentes. El método computacional de Dar, combinado con técnicas para secuenciar el ADN en un ambiente, permite a los microbiólogos examinar poblaciones complejas de bacterias y hongos presentes en una muestra y cuantificar con precisión la abundancia de miembros que portan genes específicos, como los genes de los antibióticos.

En particular, el equipo estaba interesado en utilizar el método para medir la abundancia de ciertos tipos de bacterias que producen moléculas antibióticas y antifúngicas llamadas fenazinas. Estas bacterias ocupan la rizosfera, un hábitat rico en nutrientes en el suelo que rodea las raíces de una planta, y las fenazinas actúan como una línea de defensa contra los microbios patógenos, para evitar que también invadan este espacio. La planta también se beneficia de las bacterias productoras de fenazina, ya que las raíces están protegidas de hongos infecciosos y dañinos.

Para probar la precisión de su algoritmo computacional, Dar se asoció con los colaboradores Linda Thomashow y David Weller del Servicio de Investigación Agrícola del USDA. Thomashow y Weller mantienen y monitorean cuidadosamente las parcelas experimentales de trigo ubicadas cerca de los campos comerciales de trigo en el estado de Washington, y han descubierto que las especies productoras de fenazina llamadas pseudomonas fluorescentes a menudo están presentes en el suelo donde crecen plantas saludables. Los investigadores secuenciaron el ADN ambiental de estas parcelas de trigo y encontraron que el algoritmo de Dar cuantificó correctamente la abundancia de pseudomonas fluorescentes, validando la eficacia de este nuevo método computacional en el campo. Pero, sorprendentemente, el algoritmo también reveló una gran cantidad de diferentes bacterias productoras de fenazina, de un grupo llamado Streptomyces. Esto sugiere que los efectos protectores de las fenazinas en el campo podrían estar mediados por múltiples especies; estas especies ahora pueden ser objeto de experimentos de laboratorio específicos.

A continuación, el equipo recurrió a conjuntos de datos de secuencias de ADN depositados públicamente que se habían obtenido de cientos de diferentes suelos y entornos de plantas en todo el mundo. Estos entornos incluían suelos naturales y agrícolas, así como los microbiomas de las raíces de cultivos básicos como el trigo, el maíz y la caña de azúcar. El equipo analizó estos conjuntos de datos a través de su algoritmo y descubrió que las bacterias productoras de fenazina son abundantes en muchos entornos y, en particular, están enriquecidas en microbiomas asociados a cultivos. El algoritmo también reveló otra sorpresa: una cierta especie productora de fenazina previamente no caracterizada llamada Dyella japonica es abundante entre los cultivos, particularmente el maíz.

El equipo examinó a Dyella en el laboratorio con técnicas genómicas, genéticas y otras técnicas experimentales para definir el tipo de fenazina que produce, las condiciones bajo las cuales se produce el compuesto y los genes involucrados. Mediante microscopía avanzada, los investigadores descubrieron una relación íntima entre Dyella y el maíz; el microorganismo se encuentra dentro de las raíces de las plantas más que en la superficie, como es más común entre los organismos productores de fenazina, y también a lo largo de las puntas de los pelos radiculares donde se encuentran muchos nutrientes para los microorganismos.

«Comprender las especies que componen un microbioma de suelo saludable podría algún día ayudar a ‘diseñar’ entornos de cultivo de forma natural para mejorar el rendimiento de los cultivos, como una especie de probiótico del suelo», dice Dar. «Estos hallazgos refuerzan la teoría de que las fenazinas son moléculas importantes para la salud de los cultivos».

El artículo se titula «El paisaje global de la biosíntesis y biodegradación de fenazina revela patrones de colonización específicos de especies en suelos agrícolas y microbiomas de cultivos». Dar es el primer autor del artículo. Thomashow, Weller y Newman son coautores. Newman es el autor corresponsal principal del estudio. Los fondos fueron proporcionados por los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigación del Ejército, la Fundación Rothschild, EMBO, la Fundación Helen Hay Whitney y la División de Ciencias Geológicas y Planetarias de Caltech.


Leer más


LEAVE A RESPONSE

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Social Media Auto Publish Powered By : XYZScripts.com