Se sabe que las bacterias de raíz forman relaciones simbióticas con las plantas al mejorar el suministro de nutrientes de las plantas. Sin embargo, como descubrieron recientemente los científicos del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, las bacterias realmente juegan un papel mucho más profundo.Durante los experimentos de campo en Utah, en el oeste de los EE. UU., Los investigadores descubrieron que la mezcla correcta de microbiota del suelo influye directamente en la supervivencia de Nicotiana attenuata , una especie de tabaco silvestre. Las plantas que no habían podido establecer una alianza protectora con las bacterias vitales del suelo eran susceptibles a una enfermedad infecciosa del marchitamiento que podría matarlas de la noche a la mañana. Los patógenos que causaron la enfermedad se habían acumulado y propagado porquelos investigadores habían estado cultivando continuamente esta planta nativa en el mismo campo. Además, se había utilizado un medio estéril para la germinación antes de plantar las plantas en el campo, un procedimiento que evitó que las plantas reclutaran bacterias simbióticas desde el principio, ya quenormalmente lo haría al germinar en la naturaleza.
Los resultados del estudio enfatizan la importancia de la rotación de cultivos para evitar la acumulación de enfermedades transmitidas por el suelo y revelan la compleja ecología de las plantas, especialmente con respecto a la multitud de microorganismos beneficiosos y dañinos que interactúan con ellas. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, agosto de 2015.
Ian Baldwin es el jefe del Departamento de Ecología Molecular del Instituto Max Planck de Ecología Química. Durante casi 20 años, él y su equipo han estado estudiando las sofisticadas estrategias de defensa desplegadas por el tabaco de coyote Nicotiana attenuata contra sus enemigos en el hábitat nativo de las plantas. En la Reserva Lytle en Utah, EE. UU., Su equipo había utilizado la misma parcela de campo para experimentos en los últimos 15 años. Hace ocho años, notaron los primeros casos esporádicos de una plantaenfermedad que causó que las plantas de tabaco alargadas se marchitaran repentinamente. A medida que el número de tales casos aumentó con los años, más y más plantas en las primeras etapas de desarrollo contrajeron la infección.
En 2012, al final de la temporada de campo, más de la mitad de las plantas de prueba habían muerto por enfermedad de marchitez repentina. Curiosamente, otras plantas nativas en el campo no mostraron síntomas; la enfermedad parecía afectar solo a las plantas de tabaco. Los científicosparecía haber producido inadvertidamente un dilema agrícola típico al plantar las mismas especies de plantas silvestres en el mismo campo a lo largo de los años: los patógenos de las plantas se acumularon y se propagaron como resultado del cultivo continuo de monocultivos.
Debido a que los investigadores solo usan plantas de tabaco para sus ensayos de campo, la rotación de cultivos no era una opción. Por lo tanto, desarrollaron diferentes enfoques para combatir los patógenos de las plantas y probaron la efectividad de estos enfoques en condiciones controladas. Primero, aislaron bacterias y hongos delas raíces de los enfermos Nicotiana attenuata plantas, e identificó 70 especies bacterianas y 36 fúngicas diferentes, incluidas varias fitopatógenas Fusarium y Alternaria especies. Luego, los científicos recuperaron aislamientos bacterianos de las raíces de plantas de tabaco saludables y seleccionaron aquellas especies que los investigadores habían identificado como promotoras del crecimiento y la salud de las plantas en estudios previos.
Finalmente, los investigadores de Max Planck aplicaron fungicidas químicos convencionales y trataron de mejorar la calidad del suelo agregando carbón; en la naturaleza, las plantas jóvenes de tabaco germinan solo después de incendios forestales que comúnmente comienzan con rayos. Además de bacterias beneficiosas, los hongos también se seleccionaron para aplicaciones de biocontrol. Ni el tratamiento con fungicidas ni el carbón resultaron ser opciones de tratamiento exitosas, y la combinación de fungicidas y carbón, así como un tratamiento de biocontrol fúngico, incluso aumentaron la mortalidad de las plantas de prueba.La mortalidad se redujo solo en plantas que habían sido tratadas con una mezcla de bacterias benéficas del suelo. Luego, los científicos analizaron el efecto de la comunidad bacteriana y compararon las plantas que habían sido tratadas con dos, tres o cinco cepas bacterianas diferentes. Aunque el tratamiento con solodos cepas bacterianas prácticamente no tuvieron efecto, significativamente menos plantas murieron después de un tratamiento con una mezcla of tres o cinco cepas bacterianas.En general, tanto los experimentos in vitro como los de campo revelaron que las cepas bacterianas individuales podían alcanzar su potencial protector completo solo cuando tenían la oportunidad de cooperar con otras cepas bacterianas;Estos efectos sinérgicos contribuyeron a mejorar la salud de las plantas y reducir la mortalidad
"Decir que las plantas necesitan un" suelo sano "tiene un significado más profundo de lo que habíamos conocido hasta ahora. Simplemente significa que una comunidad equilibrada del suelo microbiano es vital para que las plantas crezcan y se mantengan saludables. Hasta ahora, solo las cepas bacterianas individualesse había aplicado en la agricultura. Sin embargo, las bacterias no viven solas, forman comunidades que se complementan entre sí. Solo cuando interactúan entre sí pueden ejercer sus efectos positivos en la salud de las plantas ", dice Arne Weinhold, quien encabeza el grupo del proyecto"Interacciones microbianas con Nicotiana attenuata . "
"Nuestros resultados muestran una vez más que podemos aprender mucho cuando observamos con mucho cuidado cómo la naturaleza misma resuelve tales problemas. La enfermedad de marchitez solo ocurrió porque violamos el comportamiento natural de las plantas al practicar métodos agrícolas", Ian Baldwin,quien ha estado estudiando Nicotiana attenuata explica durante décadas. El tabaco silvestre necesita ciertas condiciones para germinar de los bancos de semillas en el desierto: en su mayoría dependen del suelo que ha sido quemado por incendios provocados por rayos. Por esta razón, las poblaciones de tabaco silvestre crecen en diferentes áreas cada añoEstudios previos mostraron que incluso las plántulas de tabaco muy jóvenes usan su señalización de etileno endógeno para reclutar ciertas bacterias del suelo; en otras palabras, están formando activamente su microbioma asociado a la raíz.
Ahora se requiere más investigación para descubrir cómo funciona el mecanismo de protección mediado por las comunidades bacterianas, si las especies bacterianas individuales se complementan entre sí y cómo proporcionan sus efectos sinérgicos. "Los monocultivos en la agricultura pueden conducir a un aumento de la pérdida de cultivos. Debemosaprenda a comprender cómo funcionan las interacciones entre las plantas y la increíblemente diversa comunidad microbiana del suelo para descubrir cómo se altera el equilibrio de este complejo ecosistema ", dice Rakesh Santhanam, estudiante de doctorado de la India en la Escuela Internacional de Investigación Max Planck y uno delos tres primeros autores del estudio. Al igual que su coautor Van Thi Luu de Vietnam, está trabajando en un proyecto supervisado por Ian Baldwin. Van Thi Luu, miembro de la Escuela Internacional de Investigación Leibniz para Interacciones Microbianas y Biomoleculares,agrega: "Las plantas nativas pueden reclutar su comunidad microbiana del suelo para ayudarles a resolver problemas dependientes del contextoem.Si logramos identificar la comunidad microbiana de las plantas, podemos enriquecer los microbios beneficiosos para que las plantas tengan la oportunidad de reclutarlos para su microbioma en una etapa temprana de desarrollo.Esto podría ser una contribución enorme a la protección de las plantas ". [AO]
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Ecología Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :