Foto/ Universidad de California – Berkeley
Un nuevo estudio del papel que juegan las comunidades microbianas en las hojas de las plantas sugiere que la fertilización de los cultivos puede hacerlos más susceptibles a las enfermedades.
Los biólogos de la Universidad de California en Berkeley descubrieron que rociar tomates con microbios de tomates saludables los protegía de las bacterias que causan enfermedades, pero que fertilizar los tomates de antemano negaba la protección, lo que aumentaba la población de microbios patógenos en las hojas de las plantas.
Si bien los investigadores aún no saben si el aumento en el número de bacterias malas en las hojas enferman a los tomates, el estudio muestra claramente que el fertilizante deja fuera de equilibrio a la comunidad de microbios en las hojas. Eso potencialmente podría permitir que organismos causantes de enfermedades ingresen a la planta.
“Cuando cambiamos el ambiente de nutrientes en el que están las plantas, estamos alterando fundamentalmente la interacción planta- microbioma y también, de manera importante, la protección mediada por microbioma de las interacciones naturales de plantas / microbios”, dijo el autor principal Britt Koskella, profesor asistente de UC Berkeley. de biología integrativa.
El efecto fertilizante no fue la única sorpresa del estudio, dijo Koskella. Ella y la coautora Maureen Berg, una estudiante graduada, estaban investigando cómo la densidad de la comunidad microbiana en las hojas afectaba la resistencia de las plantas a la enfermedad y descubrieron que una dosis más baja de microbios beneficiosos rociados en las hojas a menudo era más efectiva para proteger las plantas de la infección que las dosis más altas. Berg roció las hojas con una comunidad microbiana artificial compuesta de 12 especies de bacterias tomadas del microbioma natural de tomates sanos.
“Descubrimos que la comunidad más protectora era la más diluida, la menos concentrada y la dosis más baja”, dijo. “Esto fue completamente no intuitivo. Una dosis media dio protección media y la dosis más alta fue la menos protectora”.
Probióticos para plantas
Las razones no son claras, pero los hallazgos son importantes porque los agricultores orgánicos están hablando de fumigar cultivos con probióticos para fomentar un mejor crecimiento y protección de enfermedades, de la misma manera que los humanos consumen probióticos que contienen microbios “buenos” con la esperanza de mejorar su salud.
“El hecho de que vimos este efecto de menor dosis / mayor protección sugiere que no es tan simple como arrojar más microbios”, dijo Koskella. “Hay mucho trabajo por hacer para entender cómo aplicar un probiótico vegetal”.
Ella y Berg reportarán sus hallazgos en la edición impresa del 6 de agosto de la revista Current Biology ; el artículo será publicado en línea el 26 de julio.
Koskella se centra en los microbiomas de la superficie de las plantas, o la filosfera, una comunidad poco comprendida en comparación con el microbioma subterráneo bien estudiado asociado con las raíces de las plantas, la rizosfera. Los investigadores están encontrando actividad insospechada dentro de los microbios de las filosferas, incluyendo que algunas de las bacterias fijan el nitrógeno del aire como las bacterias asociadas a las raíces. Muchos estudios han demostrado que las comunidades microbianas en las raíces pueden promover la absorción de nutrientes de las plantas, el crecimiento y la resistencia a las enfermedades, y Koskella está investigando si esto también es cierto para el microbioma sobre el suelo.
Sus experimentos son relevantes para el tema del tratamiento de cultivos con probióticos, y podrían ayudar a responder preguntas tales como: ¿Cuál es la combinación correcta de bacterias para una planta determinada? ¿Cuál es la mejor manera de aplicar esta mezcla adecuada?
Para investigar estas preguntas, Koskella y Berg comenzaron por muestrear los microbios de hojas naturales de tomates sanos cultivados en campos al aire libre en UC Davis.
Luego rociaron la mezcla en plantas de tomate estériles en cámaras de crecimiento en UC Berkeley y, una semana más tarde, inyectaron las hojas con la bacteria Pseudomonas syringae, que causa la mancha de tomate, un problema importante que se trata con pesticidas. La nueva comunidad microbiana en los tomates, de hecho, protegió a las plantas de la colonización por patógenos, aunque las comunidades microbianas obtenidas de algunos campos de tomate funcionaron mejor que los microbiomas de otros campos.
“Esta comunidad microbiana de filosfera, al igual que nuestra propia piel, es una primera línea de defensa contra la enfermedad, por lo que esperábamos ver protección, aunque no estábamos seguros”, dijo Koskella.
Comunidades microbianas artificiales
Sorprendentemente, cuando variaron la concentración de microbios rociados en las hojas, descubrieron que en muchos casos las dosis bajas funcionaban mejor que las dosis altas.
Para averiguar por qué, construyeron una comunidad microbiana artificial compuesta por 12 de las especies que se encuentran en las plantas naturales, básicamente, las 12 que crecieron mejor en la cultura. Cuando rociaron varias dosis de la comunidad sintética en los tomates, obtuvieron el mismo resultado: las dosis bajas y diluidas fueron más protectoras contra Pseudomonas que las dosis altas y concentradas.
Berg repitió el experimento para confirmar los hallazgos desconcertantes, pero durante una prueba posterior decidió fertilizar primero las plantas caídas. En ese ensayo, ninguna de las dosis de microbioma fue protectora contra Pseudomonas. Cuando repitieron la prueba con y sin fertilización, confirmaron que la aplicación de fertilizante abolió los efectos protectores observados anteriormente.
En cada experimento, juzgaron la protección contra los patógenos registrando la población relativa de Pseudomonas en comparación con los otros microbios , la mayoría beneficiosos , ya que un microbioma saludable debería competir eficazmente con un patógeno y reducirlo a niveles bajos.
Koskella tiene suspicacias sobre por qué el fertilizante altera el microbioma, y entre ellos la posibilidad de que los nutrientes produzcan hojas más sanas, lo que mantiene contentos a todos los microbios y evita la necesidad de que los microbios buenos superen a los malos microbios. Ella y su grupo ahora están llevando a cabo experimentos para probar esa hipótesis.
Todavía no tienen idea de por qué el tratamiento probiótico en dosis bajas funciona mejor que las dosis altas, pero esperan que la investigación futura pueda resolver este misterio y ayudar a guiar la aplicación adecuada de probióticos en la agricultura.
Sin embargo, Koskella y Berg dijeron que el impacto del fertilizante en el microbioma de la hoja y el tallo debería llevar a los biólogos a explorar también el efecto del fertilizante en el microbioma de la raíz y en la salud general de la planta.
“Hemos estado fertilizando cultivos durante tanto tiempo que me sorprendería si no hemos visto las consecuencias de la fertilización a largo plazo sobre cómo las plantas interactúan con sus microbios “, dijo. “Hay muchos estudios que muestran que las plantas domesticadas tienden a tener comunidades microbianas muy diferentes a sus parientes silvestres”.
