Nuevas combinaciones de vegetales y bacterias para mejorar la seguridad alimentaria Investigadores financiados con fondos europeos estudiaron las interacciones entre vegetales y microbios con el fin de mejorar la absorción de nitrógeno (N) y azufre (S). Alimentos y recursos naturales © Alexander Raths, Shutterstock En un futuro cercano, las asociaciones entre vegetales y microbios que colaboran en beneficio mutuo podrían incluirse en cultivos para generar genotipos vegetales de alto rendimiento. Las poblaciones microbianas mejorarán la eficacia en el aprovechamiento de nutrientes y contribuirán a reducir los fertilizantes empleados. Aún hoy no se conoce a ciencia cierta los intercambios ni las transformaciones bioquímicas que se producen entre vegetales y microbios. Tampoco qué especies son las que más contribuyen al crecimiento vegetal o la absorción de nutrientes. No obstante, existen indicios de que los genotipos vegetales poseen distintas capacidades para influir en la estrecha región del suelo directamente afectada por las secreciones de la raíz conocida como la rizosfera. El proyecto PINBAC, perteneciente a Horizonte 2020 y beneficiario de una beca de investigación individual Marie Skłodowska-Curie, se propuso subsanar estas lagunas científicas con una investigación sobre el intercambio de nutrientes entre vegetales y microbios en la rizosfera en la que se emplearon técnicas vanguardistas proteómicas y metabolómicas combinadas con modelización metabólica. Un método nuevo para estudiar las interacciones entre vegetales y microbios Los investigadores mostraron que la proteómica cuantitativa, el estudio a gran escala de las proteínas, podría aplicarse con éxito a cepas bacterianas de la rizosfera de distintos taxones. «También logramos integrar datos proteómicos, fenotípicos y de crecimiento con modelos computacionales de metabolismo bacteriano», explicó el coordinador del proyecto y beneficiario de una beca Marie Curie, el doctor Stanislav Kopriva. En el proyecto también se descubrió que una cepa de «Pseudomonas» de la rizosfera muestra indicios de flexibilidad metabólica generada por una remodelación a gran escala del proteoma en respuesta a distintas fuentes de nitrógeno orgánico. Es más, sus investigadores desarrollaron una metodología de cromatografía líquida-espectrometría de masas (CL-EM) para el estudio del intercambio de nutrientes entre vegetales y microbios. Este enfoque exometabolómico, denominado también «huella metabólica», permitió estudiar metabolitos extracelulares concretos y hasta qué punto se diferencian las cepas microbianas en sus patrones de consumo de sustratos. Según el doctor Kopriva: «Logramos comprobar un método exometabolómico en combinación con proteómica y modelización». Los resultados del trabajo se publicaron en «Molecular Plant-Microbe Interactions». En el estudio proteómico del metabolismo del nitrógeno, PINBAC ofreció conocimientos nuevos precisos sobre el metabolismos microbiano del nitrógeno en la rizosfera. El trabajo de los doctores Richard Jacoby y Stanislav Kopriva, que se publicará en breve, define las rutas metabólicas que aprovechan distintas cepas bacterianas de la rizosfera para metabolizar fuentes orgánicas de nitrógeno. En «Frontiers in Plant Science» se ha publicado una revisión de la interacción entre vegetales y bacterias asociadas a las raíces que mejoran la nutrición mineral vegetal. En el artículo «The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition—Current Knowledge and Future Directions» se resumen los conocimientos que se poseen en distintos campos científicos y que pueden converger para aumentar el conocimiento sobre los mecanismos moleculares que subyacen a la composición de los microbiomas de la rizosfera y sus dinámicas. Más crecimiento vegetal y eficacia en la obtención de nutrientes PINBAC también señaló una serie de rutas proteínicas y metabólicas involucradas en el intercambio de nutrientes entre vegetales y microbios. «Los genes relacionados con estas proteínas podrían ser objeto de nuevos métodos de fitogenética que se propongan aumentar la cantidad de cepas microbianas atraídas hacia el microbioma vegetal, o también de métodos que modifiquen la rizosfera con la intención de manipular el microbioma y de este modo apoyar el crecimiento vegetal y aumentar la eficiencia en el uso de recursos», comenta el doctor Kopriva. Los enfoques metodológicos desarrollados en el proyecto podrían resultar muy útiles para nuevos estudios europeos con los que obtener información mecanicista sobre las interacciones metabólicas que se producen en el espacio compartido por vegetales y microbios. Tal y como concluye el doctor Kopriva: «Los resultados de PINBAC podrían así respaldar el desarrollo de prácticas agrícolas que se propongan reducir el empleo de fertilizantes minerales y aumentar la sostenibilidad agrícola». Palabras clave PINBAC, vegetal, metabólico, nitrógeno (N), rizosfera, azufre (S), proteómica, genotipo, exometabolómica, adhesión
