Estudio del papel de los microbios en la protección de las plantas contra enfermedades
Muchos microbios protegen a sus plantas hospedadoras frente a patógenos invasores. Para ello producen metabolitos, pequeñas moléculas químicas que bloquean las proteasas, un tipo de enzimas perjudiciales. Aunque la investigación sobre estos microbios que habitan en las plantas ha avanzado, aún queda mucho por aprender sobre las complejas interacciones entre plantas y patógenos. «Durante muchos años, los estudios del microbioma vegetal se centraron sobre todo en identificar qué microbios estaban presentes, más que en comprender las interacciones químicas que se producen entre ellos y con la planta hospedadora», comenta Daniel Petras(se abrirá en una nueva ventana), profesor adjunto del Departamento de Bioquímica de la Universidad de California en Riverside(se abrirá en una nueva ventana). «Este reto resulta especialmente relevante en la filosfera: el hábitat microbiano que se encuentra en las hojas de las plantas». Sin embargo, los avances recientes en metabolómica no dirigida y funcional, comunidades microbianas sintéticas y enfoques computacionales han permitido investigar estas complejas interacciones metabólicas y su función en la salud de las plantas y la resistencia a las enfermedades. A través del proyecto MeStaLeM, financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), Paolo Stincone(se abrirá en una nueva ventana), investigador postdoctoral, codirigido por Petras y Eric Kemen, profesor de Interacciones Microbianas en Ecosistemas Vegetales en la Universidad de Tubinga(se abrirá en una nueva ventana), aprovechó algunos de estos avances tecnológicos para investigar las sustancias producidas por los microbios que habitan en las plantas. Los investigadores se propusieron crear una comunidad microbiana sintética para determinar los efectos beneficiosos de estas sustancias y los efectos negativos que se producen cuando se altera el microbioma vegetal. «Nuestros resultados aportan nuevos conocimientos sobre los mecanismos moleculares mediante los cuales las comunidades microbianas asociadas a las hojas contribuyen a la salud de las plantas», comenta Petras.
Estabilizar una comunidad microbiana sintética
En primer lugar, los investigadores combinaron un «enfoque de exclusión» con una comunidad microbiana sintética. «Al eliminar sistemáticamente miembros individuales de este microbioma artificial, pudimos identificar metabolitos y microbios cuya abundancia cambiaba de forma drástica cuando faltaban miembros concretos», explica Stincone, responsable del proyecto MeStaLeM. «Esto nos permitió determinar qué metabolitos cumplen funciones importantes en las interacciones de la comunidad microbiana», agrega.
Cooperación microbiana para adquirir hierro
El equipo descubrió que algunos de estos metabolitos, en particular los sideróforos implicados en la adquisición de hierro, cumplen una función crucial en la configuración de la dinámica de las comunidades microbianas. «En lugar de actuar de forma independiente, los microbios pueden beneficiarse de metabolitos producidos por otros miembros de la comunidad, lo que crea redes de cooperación que ayudan a estabilizar el microbioma», comenta Stincone. «Estas interacciones favorecen a los microorganismos beneficiosos al mejorar su capacidad para adquirir el hierro limitado disponible en la superficie de las hojas, al tiempo que restringen el establecimiento de patógenos mediante una mayor competencia por este nutriente esencial». Gracias a esta cooperación, los microbios beneficiosos comparten moléculas para adquirir hierro, mientras que los patógenos vegetales no pueden hacer lo mismo. «Esto revela un mecanismo hasta ahora no reconocido por el cual el microbioma de la filosfera contribuye a la salud de las plantas», destaca Stincone.
Promover la salud futura de las plantas
Los resultados del proyecto muestran que comprender las interacciones metabólicas entre microbios es esencial para explicar la función del microbioma y la resistencia a las enfermedades. Estos hallazgos complementan el proyecto DeCoCt(se abrirá en una nueva ventana), financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), en el que se llevaron a cabo estudios de campo a largo plazo y con comunidades microbianas sintéticas para identificar miembros ecológicamente relevantes de los microbiomas vegetales. MeStaLeM amplía ese trabajo al revelar cómo la cooperación mediada por metabolitos puede contribuir a la estabilidad y la función protectora de las comunidades microbianas beneficiosas de las hojas. «En el futuro, este conocimiento podría ayudar a los investigadores a diseñar consorcios microbianos que favorezcan la salud de las plantas o a identificar metabolitos que potencien la actividad de los microbios beneficiosos», concluye Kemen. «En último término, estos enfoques podrían contribuir a estrategias de protección de cultivos más sostenibles y reducir la dependencia de los plaguicidas químicos».
