Un estudio sobre ingeniería del microbioma de semillas muestra cómo la microbiota de semillas de mijo fonio, un cultivo nativo de África occidental, se puede utilizar en el mejoramiento de cultivos para mejorar la resiliencia al estrés climático. Crédito: 2024 KAUST; Iván Gromicho.
El fonio (Digitaria exilis), un tipo de mijo, es el cultivo autóctono más antiguo de África occidental y uno de los cereales de maduración más rápida. A pesar de su bajo rendimiento, su combinación de maduración rápida y tolerancia a la sequía y su capacidad de crecer en suelos pobres lo convierten en un modelo útil para comprender cómo los cereales pueden adaptarse a las condiciones futuras del cambio climático.
Desde el punto de vista nutricional, el fonio es comparable a otros mijos, dice el investigador de KAUST Naheed Tabassum, pero los rendimientos son inferiores a los de los principales cultivos de cereales como el arroz, el maíz y el trigo. Tabassum cree que el fonio puede complementar los cultivos básicos en medio de los desafíos del cambio climático y la desertificación.
Tabassam y sus colegas, dirigidos por Herbert Hirt y Simon Krattinger, han investigado el potencial de mejorar el fonio manipulando su asociación con los microbios del suelo.
Las plantas cultivadas en condiciones secas se asocian e interactúan con bacterias que les ayudan a afrontar los desafíos abióticos. Hirt y su grupo son expertos en las interacciones entre plantas y microbios y su papel en el crecimiento y desarrollo de las plantas, la absorción de nutrientes y la defensa contra el estrés biótico.
«Las plantas evolucionan en estrecha interacción con socios microbianos, que son fundamentales para su supervivencia y aptitud», dice Hirt. «Dado que las semillas son una barrera para la transmisión vertical (desde la planta madre) de comunidades microbianas potencialmente beneficiosas, intentamos desentrañar el papel microbiano de las semillas de Fonio en diferentes condiciones abióticas».
Su estudio investigó la diversidad de endófitos de semillas bacterianas en 126 grupos genéticos completamente secuenciados de muestras de Fonio de diferentes lugares de África occidental.
El papel de las bacterias endofíticas en las semillas está relacionado con el crecimiento y la defensa de las plantas, aunque aún quedan por dilucidar en detalle mecanismos específicos. Los resultados de este estudio indican que los endófitos asociados a las semillas apoyan la promoción del crecimiento de las plantas a través de la disponibilidad y asimilación de nutrientes. Estudios anteriores han demostrado que los endófitos de las semillas producen inhibidores de biocontrol para proteger contra patógenos.
Cuando analizaron el microbioma de la semilla, los investigadores descubrieron que el mijo Fonio tenía taxones endofíticos de semillas genéticamente diversos. «A pesar de la diversidad de microbios que se encuentran en el fonio en diferentes ubicaciones geográficas, todas las plantas de fonio comparten un grupo de microbios, conocido como microbioma central, que probablemente desempeña funciones importantes en el metabolismo normal de este cereal», dice Hirt.
Para probar si los factores ambientales influyeron en la composición microbiana de las semillas, los investigadores recopilaron datos sobre el clima y el suelo (lluvias, temperatura, pH y textura del suelo) en los sitios de recolección. Encontraron correlaciones entre varios de estos parámetros y la diversidad microbiana, lo que sugiere que los factores ambientales pueden afectar la composición microbiana y la transmisión transgeneracional.
«La cubierta de la semilla y el tejido de almacenamiento representan microhábitats diferentes», explica Tabassum. «La transmisión vertical de la microbiota para fortalecer la progenie de especies de plantas abre una nueva aplicación tecnológica en el mejoramiento de cultivos».
«La ingeniería microbiana de semillas se puede utilizar para atacar metabolitos o producir compuestos antimicrobianos para mejorar la biomasa de las plantas y el rendimiento en condiciones de estrés», dice.
Un estudio publicado recientemente proporciona una prueba de concepto para describir la composición y diversidad de microbios de Fonio asociados a semillas de varios lugares.
En lo que creen que es una primicia mundial, el equipo realizó estudios de asociación de todo el genoma (GWAS) de 126 muestras de Fonio para identificar loci genéticos asociados con la diversidad de endófitos de semillas. Esto llevó a la identificación de varios genes conocidos y nuevos que influyen en la diversidad de comunidades microbianas en diferentes muestras de Fonio, lo que sugiere que diferentes grupos de Fonio controlan genéticamente la composición microbiana de sus semillas.
«Aunque la investigación microbiana de semillas está en su infancia, nuestro trabajo muestra que tiene un gran potencial para avanzar en nuestra comprensión de las interacciones entre plantas, microbios y medio ambiente y la ingeniería microbiana de semillas de cultivos», dice Hirt.
«Este estudio identificó el microbioma de las semillas como un objetivo potencial para mejorar la resiliencia de los cultivos al estrés climático de manera sostenible», concluyen.
La investigación fue publicada en la revista. microorganismo.
Más información:
Naheed Tabassum et al., El genotipo del huésped, la composición del suelo y los factores geoclimáticos dan forma al microbioma de la semilla de fonio, microorganismo (2024) DOI: 10.1186/s40168-023-01725-5
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah
referencia: Apuntando a los microbios de las semillas para mejorar la resiliencia de las semillas (29 de febrero de 2024) Consultado el 2 de marzo de 2024 en https://phys.org/news/2024-02-seed-microbes-resilience.html
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