Los científicos de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill han identificado un interruptor genético clave que ayuda a las bacterias del suelo que viven en y dentro de las raíces de una planta a recolectar un nutriente vital con un suministro global limitado. El nutriente, el fosfato, llega a las raíces de la planta,ayudando a la planta a aumentar su rendimiento.
El trabajo, publicado en la edición del 15 de marzo de Naturaleza , aumenta la posibilidad de tratamientos con microbios probióticos para que las plantas aumenten su uso eficiente de fosfato. La forma de fosfato que las plantas pueden usar está en peligro de alcanzar su punto máximo, cuando la oferta no puede mantenerse al día con la demanda en solo 30años, lo que podría disminuir la tasa de rendimiento de los cultivos a medida que la población mundial continúa aumentando y el calentamiento global enfatiza los rendimientos de los cultivos, lo que podría tener efectos perjudiciales en el suministro mundial de alimentos.
"Mostramos con precisión cómo una 'proteína de cambio' clave, PHR1, controla la respuesta a bajos niveles de fosfato, un gran estrés para la planta, y también controla el sistema inmune de la planta", dijo Jeff Dangl, John N. Couch DistinguishedProfesor e investigador del Instituto Médico Howard Hughes: "Cuando la planta está estresada por este importante nutriente, rechaza su sistema inmunitario para que pueda concentrarse en la recolección de fosfato del suelo. Esencialmente, la planta establece sus prioridades a nivel celular".
Dangl, quien trabajó con los autores principales, los investigadores posdoctorales Gabriel Castrillo y Paulo José Pereira Lima Teixeira, el estudiante graduado Sur Herrera Paredes y la analista de investigación Theresa F. Law, encontraron evidencia de que las bacterias del suelo pueden hacer uso de esta compensación entre la búsqueda de nutrientes ydefensa inmune, potencialmente para ayudar a establecer relaciones simbióticas con las plantas. Las bacterias parecen mejorar esta respuesta al estrés por fosfato, en parte simplemente compitiendo por el fosfato, pero también "diciéndole" activamente a la planta que active su respuesta al estrés por fosfato.
En estudios recientes de biología vegetal, ha habido indicios de una relación entre los niveles de fosfato de la planta y la actividad del sistema inmune, una relación que algunos microbios pueden manipular. En el nuevo estudio, Dangl y sus colegas profundizaron más en esta relación, utilizando mutantesversiones de Arabidopsis thaliana, una maleza que durante mucho tiempo ha sido la "rata de laboratorio" estándar de la investigación en biología vegetal.
En un experimento, el equipo de Dangl descubrió que las plantas de Arabidopsis con versiones mutantes del gen PHR1 no solo tenían respuestas de estrés de fosfato deterioradas, sino que también desarrollaron diferentes comunidades de microbios en y alrededor de sus raíces cuando crecían en un suelo nativo de Carolina del Norte.fue el caso incluso en un entorno de fosfato abundante, donde la competencia de fosfato no habría sido un factor, insinuando que algo más estaba sucediendo en las plantas para desencadenar el crecimiento de diferentes comunidades microbianas. Los investigadores encontraron resultados similares al estudiar PHL1,una proteína estrechamente relacionada con PHR1 con funciones similares pero más débiles
En otro experimento, en condiciones de placa de laboratorio, los investigadores colonizaron raíces de plantas de Arabidopsis normales de crecimiento estéril con un conjunto de 35 especies bacterianas aisladas de raíces de plantas cultivadas previamente en el mismo suelo nativo. En estas plantas recolonizadas,la respuesta al estrés de fosfato aumentó cuando se expuso a una condición baja en fosfato.
Investigando más, el equipo demostró que PHR1, y probablemente en menor medida PHL1, no solo activa la respuesta al estrés de fosfato, sino que también desencadena un patrón de expresión génica que reduce la actividad inmune y, por lo tanto, facilita a los microbios residentessobrevivir.
Los hallazgos sugieren que los microbios que habitan en el suelo han descubierto cómo llevarse bien con sus anfitriones de plantas, al menos en parte activando PHR1 / PHL1 para suprimir las respuestas inmunes a ellos. El equipo de Dangl también cree que estos microbios pueden ser necesarios para las plantaspara responder normalmente a condiciones de bajo contenido de fosfato. Podría ser posible, entonces, aprovechar esta relación, a través de tratamientos con cultivos probióticos o relacionados, para permitir que las plantas se las arreglen con menos fosfato.
"El fosfato es un recurso limitado y no lo usamos de manera muy eficiente", dijo Dangl, quien también es profesor adjunto de microbiología e inmunología en la Facultad de Medicina de la UNC. "Como parte del fertilizante, el fosfato se escapa a las vías fluvialesdonde puede afectar negativamente a los ecosistemas fluviales y marinos. Sería mejor si pudiéramos usar fosfato de una manera más eficiente ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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