Algunas plantas pueden cumplir con sus requerimientos de nitrógeno al obtenerlo de la atmósfera. Para hacer esto, usan bacterias en sus raíces, con las cuales establecen una relación simbiótica. Grupo de Investigación de Paul Schulze-Lefert en el Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramientoen Colonia y Simona Radutoiu, de la Universidad de Aarhus en Dinamarca, han investigado las comunidades microbianas dentro y alrededor de las raíces de estas plantas, y han descubierto que la ausencia de simbiosis entre legumbres y rizobios provoca cambios drásticos en la composición de las comunidades microbianas presentes en la raíz.los cambios también permanecen estables en condiciones que impiden la formación de nódulos porque la planta obtiene suficiente nitrógeno ligado del suelo. Se necesita un conjunto de genes en la planta huésped para establecer una simbiosis funcional y se necesitan los mismos genes para formar extraordinariamente estable ycomunidades microbianas características en los nódulos, raíz y área alrededor de la raíz. Por lo tanto, estos genes vegetalestiene una influencia directa en la composición del microbioma de la raíz.
Todas las plantas necesitan nitrógeno para su crecimiento; sin embargo, no pueden obtenerlo directamente de la atmósfera. Solo pueden usar nitrógeno en forma unida de nitrato o iones de amonio, que obtienen del suelo o mediante la adición defertilizante nitrogenado para el suelo agrícola. Sin embargo, una familia de plantas, las leguminosas, ha desarrollado la capacidad de obtener nitrógeno a través de una relación simbiótica con las bacterias del suelo que ocurren naturalmente. Para acomodar estas bacterias, las legumbres crean órganos de raíz especializados conocidos como nódulos.son conocidos como rizobios, transforman el nitrógeno atmosférico en los nódulos en compuestos nitrogenados que luego están disponibles para la planta.
Schulze-Lefert, Radutoiu y sus colegas Rafal Zgadzaj y Ruben Garrido-Oter usaron una forma de leguminosa nativa de Japón Lotus japonicus como planta modelo y compiló un inventario de los microbiomas asociados a la raíz en el tipo salvaje y cuatro mutantes."Pudimos demostrar que cuando se pierde la simbiosis, al menos seis órdenes bacterianas abundantes diferentes se vuelven casi indetectables en la raíz", dice Garrido-Oter."La pérdida de la simbiosis resulta en la acumulación de algunos de estos órdenes bacterianos en la rizosfera, que es el área fuera de la raíz. Parece que estas bacterias ya no tienen un boleto molecular que les permita entrar a la raíz," el explica.
Los científicos no saben actualmente cuál de las señales asociadas con la simbiosis actúa como un boleto molecular para la entrada de la raíz, sin embargo, los cambios dramáticos y estables en el microbioma se deben claramente al hecho de que la simbiosis ya no funciona. Además, los científicos estabancapaz de mostrar que los nódulos y las raíces no están poblados secuencialmente por las bacterias sino simultáneamente. Por lo tanto, las bacterias no migran de un área a otra sino que buscan deliberadamente las raíces y los nódulos y sin hacer ningún desvío.
El equipo de científicos que trabaja con Schulze-Lefert y Radutoiu tiene dos posibles explicaciones para estos hallazgos. Es posible que los rizobios estén acompañados por un séquito completo de bacterias auxiliares cuando migran a las raíces y los nódulos en el curso de la simbiosisSin embargo, también es posible que las moléculas de señalización, con las cuales las raíces atraen a las bacterias del nódulo del suelo, también atraigan otras bacterias que no tienen nada que ver con la simbiosis real, sino que usan la misma señal para ingresar a la planta.
Los resultados son notables por dos razones: "Porque Lotus japonicus sigue siendo más pequeño y pálido que el tipo salvaje en ausencia de simbiosis, y debido a que este crecimiento atrofiado no se puede compensar adecuadamente mediante la fertilización nitrogenada, es probable que este fenotipo esté directamente relacionado con la comunidad microbiana típica de los mutantes ", dice Garrido-Otro: "Sin los genes y productos genéticos para la simbiosis intacta, se establece un microbioma que no puede soportar el máximo crecimiento de la planta".
Como las legumbres se usan con frecuencia en la agricultura como cultivos intermedios para mejorar el contenido de nitrógeno del suelo, la importancia de estos hallazgos excede los límites de la investigación básica. Hasta ahora se suponía que la simbiosis estaba mediada simplemente por la rizobia dentro de los nódulos de las leguminosasSin embargo, ahora parecería que la simbiosis también involucra a las comunidades microbianas características que se encuentran en la raíz y la rizosfera. En base a esto, no sería suficiente inocular semillas de leguminosas solo con las rizobacterias, como es la práctica actual: deberíantambién se inoculará con las bacterias relevantes del microbioma de la raíz.
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Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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