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Structural and Functional Architectures of Multi-Kingdom Microbial Consortia Colonizing Plant Roots

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Investigación de las comunidades microbianas que colonizan las raíces de las plantas

Las plantas conviven con comunidades de microbios dentro y alrededor de sus sistemas radiculares. Los investigadores están estudiando sus detalles estructurales y funcionales.

Alimentos y recursos naturales icon Alimentos y recursos naturales

Como muchos organismos, las plantas viven en estrecha asociación con diversos microbios. Estas comunidades microbianas pueden ofrecer beneficios a sus huéspedes a cambio de recompensas, como el intercambio de nutrientes del suelo por azúcares. Sin embargo, aunque nuestros conocimientos sobre esta relación se está ampliando, el impacto funcional específico de los microbios de las raíces en el crecimiento de las plantas no se conoce bien. Para avanzar en el conocimiento de estas relaciones beneficiosas, en el proyecto MICRORULES financiado por el Consejo Europeo de Investigación se establecieron cultivos de microbios asociados a plantas para estudiar su estructura y funcionamiento con un grado de detalle sin precedentes. «Establecer estos cultivos ha sido decisivo para comprender la causalidad, más allá del trabajo correlativo», explica Stéphane Hacquard, jefe del grupo de investigación en el Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento. En el trabajo se investigaron las interacciones entre el huésped y los microbios y también entre los microorganismos. «Es una capa adicional de complejidad que hace que la investigación de la microbiota vegetal sea un reto, pero al mismo tiempo fascinante», dice Hacquard.

Estudiar de los colonizadores de las raíces de las plantas

Los investigadores de MICRORULES exploraron la microbiota de varios reinos (bacterias, hongos, oomicetos) presente alrededor de las raíces de las plantas de berro común («Arabidopsis thaliana»). En primer lugar, el equipo describió qué microbios estaban presentes en las poblaciones naturales de las plantas de toda Europa e investigó si las plantas que se enfrentan a condiciones ambientales muy diferentes, del suelo o climáticas, se asocian con comunidades similares. «Observamos que, efectivamente, grupos similares de microbios colonizan sistemáticamente las raíces de las plantas», señala Hacquard. Los resultados y el análisis se publicaron en la revista «Nature Ecology & Evolution». Otro de los objetivos principales era evaluar la viabilidad de establecer colecciones de cultivos de bacterias, hongos y oomicetos, lo que suponía todo un reto dada la conocida dificultad de cultivar microbios ambientales. El equipo de MICRORULES cultivó con éxito una fracción inesperadamente grande de sus microbios objetivo y demostró que la mayoría de los microbios asociados a las raíces pueden cultivarse.

Recrear comunidades naturales

Un tercer objetivo era reconstruir comunidades microbianas muy complejas y plurinominales que se asemejaran a los microbiomas radiculares naturales. «Reconstituimos estas comunidades en los llamados sistemas vegetales gnotobióticos en los que podemos controlar qué microbios inoculamos, qué planta cultivamos y qué condiciones ambientales imponemos», explica Hacquard. Este método de deconstrucción-reconstrucción se exploró en cuatro estudios revisados por pares, publicados en «Cell», «Nature Plants» y dos artículos en «PNAS». El equipo también secuenció los genomas de las comunidades microbianas para encontrar rasgos microbianos de interés. «Claramente, esta estrategia ha tenido éxito porque nos ha permitido identificar genes candidatos bacterianos o fúngicos que hemos https://www.nature.com/articles/s41467-021-27479-y (validado además como críticos para la colonización de las raíces)», añade Hacquard.

Asociaciones evolutivas a largo plazo

Hubo varios hallazgos clave, entre ellos que las bacterias asociadas a las raíces del «Arabidopsis» protegen a las plantas de ciertos microorganismos dañinos, y que las plantas huésped y sus bacterias actúan de forma concertada para controlar los hongos en las raíces y restringir su invasión. «Se descubrió que estos microbios fúngicos son potencialmente dañinos para el “Arabidopsis” porque utilizan enzimas específicas que degradan eficazmente las barreras físicas de las plantas», explica Hacquard. Otro hallazgo clave fue el de las actividades beneficiosas de los microbios asociados a las raíces también son relevantes en tejidos foliares distantes, lo que abre la posibilidad de utilizar microbios subterráneos para promover la salud de las plantas a distancia. «A lo largo de la evolución, las plantas han adoptado una serie de funciones microbianas para su propia adaptación al estrés biótico y abiótico», señala Hacquard. «Esperamos que en el futuro sea posible ser predictivos y diseñar racionalmente comunidades sintéticas en el laboratorio que modulen la sanidad vegetal en el campo».

Palabras clave

MICRÓRULAS, planta, microbios, comunidades, raíces, hongos, adaptación, tiempo evolutivo, asociaciones, colonizadores

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