Los investigadores han descubierto un mecanismo biológico que hace que las raíces de las plantas sean más acogedoras para los microbios beneficiosos del suelo.
Este descubrimiento, realizado por los investigadores del Centro John Innes, abre el camino a prácticas agrícolas más respetuosas con el medio ambiente, que podrían permitir a los agricultores utilizar menos fertilizantes.
La producción de la mayoría de los cultivos principales depende de fertilizantes de nitrato y fosfato, pero el uso excesivo de fertilizantes daña el medio ambiente. Si pudiéramos aprovechar las relaciones mutuamente beneficiosas entre las raíces de las plantas y los microbios del suelo para mejorar la absorción de nutrientes , podríamos reducir potencialmente el uso de fertilizantes inorgánicos.
Los investigadores del grupo de la Dra. Myriam Charpentier descubrieron una mutación en un gen de la leguminosa Medicago truncatula que reprograma la capacidad de señalización de la planta para mejorar las asociaciones con bacterias fijadoras de nitrógeno llamadas rizobios y hongos micorrízicos arbusculares (HMA) que aportan fósforo a las raíces.
Este tipo de asociación, conocida como endosimbiosis, en la que un organismo existe dentro de otro, permite a las plantas leguminosas extraer nutrientes del suelo a través de microbios, a cambio de azúcares. Una barrera para el uso generalizado de asociaciones endosimbióticas en la agricultura es que se dan preferentemente en suelos pobres en nutrientes, lo que entra en conflicto con las condiciones de la agricultura intensiva.
En este estudio, que aparece en Nature , los experimentos demostraron que la mutación genética en una vía de señalización de calcio mejora la endosimbiosis en condiciones agrícolas.
El equipo utilizó métodos genéticos para demostrar que la misma mutación genética en el trigo también mejora la colonización por bacterias fijadoras de nitrógeno y AMF en condiciones de campo. Los hallazgos representan un avance emocionante en la ambición largamente sostenida de utilizar asociaciones endosimbióticas mejoradas como alternativas naturales a los fertilizantes inorgánicos en los principales cultivos, incluidos los cereales y las legumbres.
«Nuestros hallazgos tienen un gran potencial para el avance de la agricultura sostenible . Es inesperado y emocionante que la mutación que hemos identificado mejore la endosimbiosis en condiciones agrícolas, porque ofrece el potencial para la producción sostenible de cultivos utilizando endosimbiontes junto con un uso reducido de fertilizantes inorgánicos», dijo el Dr. Charpentier.
«El descubrimiento contribuye ampliamente a la investigación sobre la señalización del calcio y al mismo tiempo ofrece una solución de transición hacia una producción más sostenible de cultivos económicamente importantes».
Investigaciones anteriores del grupo Charpentier han demostrado que la señalización de calcio en los núcleos de las células de la raíz es esencial para el establecimiento de la endosimbiosis de la raíz con bacterias útiles fijadoras de nitrógeno y AMF.
Este estudio decodifica ese mecanismo de señalización clave, mostrando cómo las oscilaciones de calcio regulan la producción de compuestos llamados flavonoides que mejoran la endosimbiosis.
«Nuestro descubrimiento subraya la importancia de la ciencia fundamental para abordar los desafíos sociales», concluyó el Dr. Charpentier.
La endosimbiosis de las raíces es muy beneficiosa para las plantas, ya que aumenta la absorción de nutrientes y la resistencia al estrés. Existe una creciente necesidad de desarrollar cultivos de alto rendimiento y resistentes a las enfermedades y de reducir el uso de fertilizantes para proteger el medio ambiente y reducir los costos para los agricultores.
La combinación de la resistencia a las enfermedades y la resiliencia climática con una asimilación eficiente de nutrientes mediante una mejor asociación con microorganismos simbióticos es un elemento clave de esta ambición.
Más información: Myriam Charpentier, Autoactive CNGC15 enhances root endosymbiosis in legume and wheat, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08424-7 . www.nature.com/articles/s41586-024-08424-7
