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Belowground inter-kingdom communication: the talks between plants and microbiota

Ponencia a cargo de: 
Dña. Cristina Cruz. Fac. Ciências (Univ. Lisboa)

Título de la ponencia:
“Belowground inter-kingdom communication: the talks between plants and microbiota”

(“Comunicación subterránea entre reinos: las conversaciones entre plantas y microbiota del suelo”)

Resumen

Entrevista

Ponencia de Dña. Cristina Cruz

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Dña. Cristina Cruz. Fac. Ciências (Univ. Lisboa), en su ponencia “Comunicación subterránea entre reinos: las conversaciones entre plantas y microbiota”  nos habla la micriobiota del suelo, de la inoculación, de la restitución de la vida a los suelos, y de la interacción del suelo con la planta, y con los microorganismos.

TRANSCRIPCIÓN DE LA PONENCIA

Hola buenas tardes, en primer lugar muchas gracias por la invitación para estar aquí y también gracias a Trichodex por la invitación.

Estamos todos convencidos de que las plantas no viven solas tienen sus amigos y que gran parte de ellos están en el microbioma (microbiota del suelo).

Me gustaría resaltar aquí que cuando se habla de microbioma se habla de un conjunto enorme de microorganismos que están en toda la planta distribuidos en grupos que son muy distintos y que tienen funciones muy dispares. Tenemos una panoplia de organismos que constituyen un suelo vivo, que es lo primero que vamos a destruir en una agricultura intensiva.

Cuando hablamos de inocular lo que queremos realmente hacer es restituir la vida a nuestro suelo, y la interacción del suelo con la planta y de la planta con los suelos y los microorganismos.

En el suelo que podemos coger en una mano tenemos más organismos que todos todas las personas del planeta, con recursos muy pequeños. Por tanto la vida es difícil y cada uno tiene que hacer su función para sobrevivir.

De esta esta forma la planta puede ser asemejada a una fábrica de azúcar que es apetecible para todos, y también la planta va a favorecer los que sean más valiosos, los que funcionalmente le van a beneficiar más.

Lo que podemos ver en la figura es un resumen de algunas de las distintas micorrizas (hectomicorrizas) que podemos tener  en una simple plántula.

Tenemos una plántula pequeña y podemos tener unas 72 micorrizas distintas en la planta. Esto es muchísimo y confiere una heterogeneidad muy grande a la raíz haciendo que cada parte de la raíz funcione de forma distinta optimizando los componentes que estamos viendo: nutrientes, agua microorganismos, etc.

Cuando estamos haciendo agricultura lo que hacemos es homogeneizar, y entonces parte de estas diferencias se van a perder, y en plantas agrícolas vamos a tener microbiomas que son características de las plantas, es decir que cada planta tiene de cierta forma una determinación una capacidad de elegir los microorganismos con los cuales va a convivir más (microbiota del suelo).

Microbiota del suelo

Actualmente los microbiomas que somos capaces de determinar recogiendo técnicas de secuenciación es todo los que está alrededor de la planta, entonces algo que necesitamos hacer es mirar y distinguir lo que es una colonización estocástica de lo que es una colonización funcional, es decir lo que es un verdadero microbioma.

Entonces lo que podemos decir de los grupos funcionales, en este caso de bacterias, son distintos entre las plantas y que también son distintos si consideramos la interacción con nemátodos y con hongos.

Es decir que la planta tiene la necesidad y tiene la capacidad de interactuar con su microbioma (microbiota del suelo) con forma a que éste proporcione a la planta las funcionalidad necesarias, es decir que complementa la actividad que es posible regular en el genoma de la planta, entonces tenemos que estos microorganismos van a interactuar con la planta para responder al estrés biótico y abiótico, y lo que queremos realmente en agricultura es modelar este microbioma para tener siempre los mejores resultados posibles.

Entonces la problemática que se plantea es cómo se comunican estos microorganismos con la planta, cómo se regulan, cómo funcionan todos y cómo interactúan en su vida.

Lo que hemos hecho ha sido un experimento con plantas de trigo en que inoculamos las plantas en condiciones asépticas con cuatro bacterias distintas, que son normalmente utilizadas como biofertilizantes, es decir los más conocidos.

De este experimento ha resultado que dependiendo de las condiciones que teníamos y de la inoculacion con las plantas, éstas recibieron una panoplia de compuestos que fueron más 800.

Esto nos muestra la diversidad, el esfuerzo y la cantidad de energía y de fotosintetizadores que la planta suda por sus raíces. Viendo  los resultados de las distintas variedad de trigo y los resultados de las distintas bacterias siendo una de las columnas la combinación de las dos, vemos que cuando tenemos la combinación de bacteria y planta tenemos siempre menos compuestos que cuando tenemos los resultados de la planta solo.

Esto nos muestra muchas cosas pero una de las que nos está mostrando es que las bacterias se están alimentando de los resultados radiculares.

¿Qué tipo de productos tenemos en este resultados radiculares? En primer lugar la mayor parte de estos resultados son compuesto que tienden a repeler los hongos, las bacterias y todo cuanto está vivo, y esto es inherente a algo que ha sido mencionado, que las plantas están fijas y son una fuente de nutrición, entonces tiene que tener defensas y por eso un manantial de compuestos antimicrobianos que son producidos y excretados por las raices.

Pero hay también otros componentes de los resultados que tienen funciones no de repele, sino de  atraer y motivar e incentivar la actividad, y de seleccionar los microorganismos que deben ser parte de una rizosfera más funcional, más activa y mejor para la planta.

He elegido las que son más conocidos y por eso facilita entender lo que estamos diciendo.

Uno de estos tipos de compuesto son las trigolaptonas. Son producidas por la planta cuando tiene deficiencia de fósforo, cuando está creciendo y la planta produce trigolactonas.

Las trigolactonas, una de las cosas que va a hacer es promover el desarrollo de micorrizas principalmente en endomicrorrizas que son las que tenemos en los cultivos herbáceos.

Si nos fijamos en el suelo cuando añadimos hongos endomicorricicos, los hongos no pueden crecer por sí, se quedan en ese estado si la planta no produce este compuesto que es perfeccionado por el hongo, que lo que hace es promover la producción de una ifa que se forma en la superficie de la raíz y ésta va a intercomunicar con el núcleo de la superficie de la célula radicular y produce una pre-penetración haciendo que el hongo nunca penetre en el citoplasma, que está siempre protegido por este tubo de membrana que va acompañando al hongo en el interior del citoplasma para  que entre en los espacios intercelulares, y la ifa va creciendo y en determinado punto va a intervenir de una forma más intensa con el núcleo de la célula, va a reprogramar el núcleo para expresar un conjunto distinto de genes impulsivamente del metabolismo empírico para que pueda hacer toda esta cantidad inmensa de membrana que es necesaria para formar los arbúsculos, que son lo locales donde se van a dar las interacciones de nutrientes y de compuesto entre los hongos y la planta.

Entonces esto reprograma completamente la planta que va a incrementar y canalizar una cantidad muy grande de carbono a la producción de lípidos, por un lado. Para producir estos lípidos de que precisa la planta, de fosfato porque los lipidos de la membrana son fosfolipidos, de esta interacción resulta una reprogramación inmensa del hongo porque el hongo no estaba activo sin este final de la planta, y una reprogramación completa de la expresión génica de la planta que sería muy distinta si el hongo no estuviera presente.

Todo esto se traduce en una adquisición de nutrientes que tanto puede ser fuera de la raiz a una distancia considerable de la planta que van a aportar nitrógeno y fósforo en el interior de la planta para después darlo a la planta. Lo que quiero dejar claro es la necesidad de esta interacción comunicación entre los microorganismos los resultados de la planta y el suelo.

No es verdad que cuando tenemos un inóculo es siempre lo mismo. Los que hemos estado viendo sobre los ácidos indolacético es que es una fitohormona importantísima porque está relacionado con el desarrollo de la planta pero es producida también en grandes cantidades por microorganismos.

Muchas bacterias y hongos producen indolacético, pero ¿por qué? ¿para qué?

Muchas publicaciones describen que es un producto del metabolismo secundario del microorganismo que es producido en cuanto la bacteria entra en la fase estacionaria de crecimiento. Es verdad solo produce antes de la fase estacionaria pero cuando tenemos un mutante de bacteria que no produce ácido indolacético, la capacidad de la expresión genética de este mutante es completamente distinta de lo que produce ácido indolacético.

Nosotros estamos trabajando para demostrar que probablemente es ácido indolacético no es una fitohormona que la bacteria no está produciendo una fitohormona pero la bacteria está reprogramando su metabolismo en una fase en la que empieza el crecimiento estacionario que es caracterizado por una disminución de la disponibilidad de nutrientes y que se esta preparando para interactuar con la planta.

Es una molécula que hace una comunicación entre plantas bacterias, hongos que sirven para modelar y para regular la expresión genética de forma que facilite y permita la formación de simbiosis que permiten la complementariedad entre planta y bacteria e incrementar esta funcionalidad.

El mensaje que quería dejar es que no podemos hablar de una interacción entre una planta y un microorganismo sino de una interacción entre una comunidad (microbiota del suelo) muy grande distinta y complementaria que tiene una vida muy difícil y que trabaja en común para que se modele y cambie para interactuar mejor, y tenemos que entender mejor los compuesto que están regulando y sirviendo de comunicación para regular y todas estas actividades.

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