20 de marzo: Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome
Lundberg, D. S., Lebeis, S. L., Paredes, S. H., Yourstone, S., Gehring, J., Malfatti, S., Tremblay, J., et al. (2012). Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome. Nature, 488(7409), 86–90. doi:10.1038/nature11237
Land plants associate with a rootmicrobiota distinct from the com- plexmicrobial community present in surrounding soil. The micro- biota colonizingtherhizosphere (immediately surroundingthe root) and the endophytic compartment (within the root) contribute to plant growth, productivity, carbonsequestrationand phytoremedia- tion1–3 plant immune system4,5 . Colonization of the root occurs despite a sophisticated , suggesting finely tuned discrimination of mutualists and commensals from pathogens. Genetic principles governing the derivation of host-specific endophyte communities from soil communities are poorly understood. Here we report the pyrosequencing of the bacterial 16S ribosomal RNA gene of more than 600 plants to test the hypotheses that the root rhizosphere and endophytic compartmentmicrobiota of plants grown under controlled conditions in natural soils are sufficiently dependent on the host to remain consistent across different soil types and developmental stages, and sufficiently dependent on host genotype to vary between inbred accessions. We describe different bacterial communities in two geochemically dis- tinct bulk soils and in rhizosphere and endophytic compartments prepared fromroots grown in these soils. The communities in each compartment are strongly influenced by soil type. Endophytic com- partments fromboth soils feature overlapping, low-complexity com- munities that are markedly enriched in Actinobacteria and specific families from other phyla, notably Proteobacteria. Some bacteria vary quantitatively between plants of different developmental stage and genotype. Our rigorous definition of an endophytic compart- ment microbiome should facilitate controlled dissection of plant– microbe interactions derived fromcomplex soil communities.
8 comentarios
La relación que guarda la planta con el suelo es mediada por la raíz y es a través de ésta por medio de la cual obtiene sus nutrientes. Así mismo, la raíz tiene influencia sobre las características del suelo circundante y viceversa, incluyendo la microbiota. Ésta última puede tener un efecto positivo sobre la planta o, por el contrario, causar enfermedad. El saber qué factores están involucrados en que la estructura de la comunidad sea diferente es importante, se plantea que el tipo de suelo tiene la mayor influencia pero también se ha especulado una que diferencias genotípicas del hospedero también pueden tener efecto.
Controlando el diseño experimental y accediendo a una secuenciación profunda con muestreos recurrentes, analizando también las diferencias con la comunidad del compartimento endofítico (rizósfera, suelo y compartimento endofítico EC) y considerando también diferentes etapas de desarrollo de la planta, basándose en el uso de OTUs.
La fracción de la planta es el factor que más influye en la composición de la comunidad, el tipo de suelo tiene un menor efecto, seguido por la etapa de desarrollo de la planta y la menor contribución parece ser del genotipo de la planta.
También se busco definir la distribución taxonómica en suelo, rizósfera y EC para caracterizar la comunidad, los OTUs fueron distribuidos en 7 grupos dominantes. EC, por ejemplo, es dominado por Actinobacteria (de forma predominante, Strptomycetaceae), Proteobacteria y Firmicutes, diferenciándose de suelo y rizósfera que presentan comúnmente miembros de Acidobacteria, Verrucomicrobia y Gammatimonadetes. Probablemente estos taxones sean excluidos porque no pueden colonizar el EC (ya sea cuestión metabólica o por efecto del sistema inmune de la planta), sugiriéndose que diferencias genéticas entre hospederos puede guiar esta diferenciación (por lo que el genotipo también tiene un efecto consistente en el tipo de comunidad, aunque con menor contribución pues el efecto es principalmente en la definición de la comunidad en el EC). Igualmente, los requerimientos metabólicos de la planta puede que estén contribuyendo de modo significativo con el modelaje de esta comunidad.
De esta manera, se ha planteado un microbioma core para esta especie de plantas (obtenido con condiciones muy cuidadas y reguladas, como los tipos de suelos trabajados, las semillas estériles superficialmente, etc.), sin embargo, valdría la pena ampliar el número de muestras para corroborar la presencia y variación de los taxones que han descrito como los más representativos e incluso incluir muestras crecidas en un ambiente natural.
Control de Lectura.
Las raíces de las plantas representan un nicho para los microbiomas que es importante estudiar los potenciales mutualismos microbianos y, evidentemente con la finalidad de incidir en el campo de la agronomía.
El objetivo del artículo me parece sorprendente: definir la capacidad funcional del microbioma y los genes hospederos que potencialmente contribuyen a esta asociación microbiana. En otras palabras, ¿existen funciones o genes en el microbioma que son cruciales en el establecimiento de la relación mutualista y, por lo tanto, en el posterior desarrollo de la planta?
De hecho, lo que entiendo es que la hipótesis enuncia que ese microbioma es independiente del tipo de suelo y de la etapa de desarrollo, lo que implica que si existe un conjunto de funciones y genes cruciales.
Usando pirosecuenciación de 16S rRNA se muestrearon 600 platas de A. thaliana. Se describieron las comunidades de bacterias en dos tipos geoquímicamente distintos de suelo en compartimentos endofíticos de la raíz. Entre los factores que delinean la composición de la comunidad, se encuentra el compartimento endofítico y el tipo de suelo.
En cuanto a la asignación taxonómica, los 778 OTU´s se asignaron a siete phyla, dentro de los cuales dominan Actinobacteria y Proteobacteria. Las actinobacterias producen diversos metabolitos secundarios antimicrobianos y varias familias de proteobacterias contienen promotores de creamiento de las plantas. En general se describió una baja complejidad de las comunidades. Nuevamente entiendo que esta última descripción de la diversidad, no fue suficiente para cubrir el objetivo por completo, sino únicamente para delinear el comportamiento de la estructura de la comunidad microbiana. El escaso número de bacterias a través de los diversos tipos de suelo.
El interés de los autores de este artículo radica en entender la asociación de las plantas con la microbiota de sus raíces, tanto a nivel de la rizosfera como en los compartimientos endofíticos. La comunidad de la rizosfera está compuesta por un conjunto de microorganismos que son seleccionados en base al nicho que utilizan y a la interacción con el anfitrión para colonizar los denominados compartimientos endofíticos (EC). Un factor interesante en lo que la colonización de la raíz respecta, es que ésta se da a pesar del sistema inmune de la planta, lo que nos sugiere que hay un filtro entre las bacterias mutualistas y comensales, de las patógenas.
Para este trabajo se analizaron los ribotipos de muestras tomadas de suelo (111), rizosfera (613) y de EC (524), los cuales generaron un total de 18,783 OTUs. Sobre estos datos, al realizar análisis de componentes principales, se encontró que los principales factores que guían la composición de la comunidad son la asociación del suelo y la rizosfera con su EC respectiva, así como el tipo de suelo del cual proviene la muestra, lo cual nos sugeriría que la diversidad de las comunidades del suelo con las plantas estaría determinando la composición de la rizosfera.
Al analizar el microbioma de los compartimientos endofiticos se encontró que éstos se encuentran dominados por Actinobacteria, Proteobacteria y Firimicutes. Al realizar tratamientos de enriquecimiento de los EC se encontraron a las Rhizobiaceae y Methylobacteriaceae como las alfaprotobacterias y a las Pseudomonadaceae y Moraxellaceae como gammaprotobacterias dominantes. Estos datos fueron corroborados posteriormente mediante FISH, donde se observó que las Actinobacteria eran más abundantes en las muestras EC que en suelo y rizosfera.
Como se mencionó al principio, es probable que exista un mecanismo que incremente la especificidad para las bacterias mutualistas, lo cual se observó al encontrar una pérdida de diversidad al incrementar la cercanía de la rizosfera hacia los EC, pues en los EC se encontró una mayor abundancia de Streptomyceteae y diversas Proteobacteria y se observó una reducción en taxas como Acidobacteria encontrados comunente en el suelo. Esta variación en la composición de la comunidad nos podría estar hablando de una exclusión dirigida por parte del hospedero o la incapacidad de colonizar metabólicamente este nicho.
La rizosfera tiene una gran complejidad de microorganimsos con capacidades benéficas para las plantas, lo anterior se demuestra en este trabajo, donde se hace una descripción de las comunidades taxonómicas que se encuentran asociadas rizosfera, suelo y compartimentos endofiticos de 600 plantas de Arabidopsis thaliana, amplificando y secuenciando amplicones de genes de 16S rRNA. Se observaron marcadas variaciones en la composición bacteriana entre los diferentes tipos de suelo. Aunque en este trabajo se planteaba probar la hipótesis de que los comunidades microbianas asociadas a la rizosfera y los compartimentos endofíticos de las plantas son suficientemente dependientes del hospedero, como para permanecer constantes en diferentes tipos de suelo y diferentes estados de desarollo, solamente hacen una descripción de los taxa asociados a dichos ambientes y no hacen mas pruebas para apoyar o contradecir la hipótesis. Observan que los taxa: Acidobacteria, Verrucromicrobia Gemmatiomonadae soncomunes en la rizosfera y no se encuentran en los compartimentos endofiticos, por lo que los autores sugieren que estos taxa son excluidos por el sistema inmune de la planta, por colonizadores más exitosos, o simplemente son metabolicamente incapaces de colonizar los compartimentos endofiticos, sin embargo serían necesarios estudios más específicos para probar dichas hipótesis. Por lo tanto, este trabajo solamente se definir la diversidad del microbioma de la raíz de Arabidopsis thaliana (tal y como se describe en el titulo) y no se prueba la hipótesis mencionada en un principio.
El propósito de este artículo es evaluar el «core» de microorganismos que componen el microbioma de las raíces de Arabidopsis thaliana, para esto tomaron muestras de 2 diferentes suelos y de 3 diferentes áreas de las plantas, utilizaron el método de pirosecuenciación (454) para obterner el rRNA 16S.
Comenzaron haciendo un análisis comparativo para identificar los factores principales que están involucrados en la composición de la comunidad, encontrando que el tipo de suelo era un factor importante en esta composición.
Hicieron a su vez, todos los análisis para comparar la microbiota presente en las 600 plantas de Arabidopsis, en el paper nos muestran en heatmaps y gráficas, los organismos que las componen, finalmente ese es el objetivo del paper, definir cuáles organismos son dependientes del hospedero.
Ellos demuestran cuáles son los organismos que dependen de la interación microbio-planta y de las condiciones externas, para concluir que el microbioma de Arabidopsis se ensambla bajo un core de principios ecológicos en donde el nivel de phylum provee un amplio potencial metabólico combinado con las pobres asociaciones dependientes del genotipo del hospedero.
Los microbiomas mutualistas de las plantas proveen accesibles nutrientes y fitohormonas que mejoran el crecimiento de la planta y podrían suprimir la invasión de algunos patógenos, podrían también ayudarla a soportar el calor, sal y sequias. La comunidad de la rizosfera, es un subgrupo del microbioma del suelo con una complejidad mucho menor, que habitan dentro del hospedero en compartimientos endofiticos (EC por su siglas en ingles). Este trabajo parte de que la estructura de la comunidad microbiana difiere en distintas especies de plantas, y que difieren la composición en función de la genética del hospedero, aunque esto último no está ampliamente corroborado. Se realiza una secuenciación de amplicones del 16S rRNA por 454 pirosecuencia, de 8 diversos de Arabidopsis thaliana. Las semillas estériles crecieron en condiciones de climas controlados, en dos diversos suelos (Mason farm y Clayton). Las muestras eran tomadas de la rizosfera y fracciones de compartimentos endoliticos a partir del sistema de la raíz. Las secuencias obtenidas fueron limpiadas de secuencias de plantas, y estandarizadas a 1000 reads por muestra. Analizaron por principales coordinados para todas las muestras por UniFrac. El principal coordinado revelo que la masa de suelo y sus rizosfera eran diferenciados a partir de los compartimentos endoliticos. Y mostro que la el estado de desarrollo de la planto no es un factor principal en la composición de la comunidad. La interacción de las diversas comunidades de suelo con las plantas determina el ensamblaje de la rizosfera. Los resultados del EC a partir de los dos tipos de suelo eran muy diferentes desde el comienzo de la comunidad. El genotipo de la planta tiene un efecto pequeño pero constante. A través de un agrupamiento jerárquico de 256 OTU’s diferenciaron las secuencias de rizosfera y EC, de estos 164 OTU’s eran exclusivos de EC, definiendo esto como el microbioma EC. De los 164 OTU’s, 97 eran exclusivas de EC pero presente en los dos tipos de suelo, denominándolo núcleo potencial del microbioma EC. Por el contrario 67 de los 164 OTU’s más abundantes en un tipo de suelo que en otro y 32 OTU’s habían sido minimizados de las muestras de EC. El ensamblaje taxonómico de todas las muestras y después de solo las de EC, mostraron un agrupamiento de siete filums dominantes, el índice de Shannon fue bajo para las secuencias de EC, dominado por Actinobacterias, Proteobacterias, y Firmicutes. Mientras que había una disminución de Acidobacterias, Gemmatimonadetes y Verrucomicrobia. Las familias dominantes son Rhizobiaceae y Methylobacteraceae, entre otras gammaproteobacterias. La taxa perteneciente a la rizosfera capaces de colonizar la zona de la raíz, pero no colonizaba los EC. A través de FISH mostraron la presencia de actinobacterias y Bradyrhizobiceae en el plano de la rizosfera. Sin embargo, en los ECs corrobora una abundancia elevada de actinobacterias pero baja para Bradyrhizobiceae. Se reconoce que las presencias de las Actinobacterias tienen metabolitos secundarios antimicrobiales y las de algunas proteobacterias contienen miembros que promueven el crecimiento de las plantas. Una probable explicación de la disminución de algunas taxa dentro de EC, es que son activamente excluidas por el sistema inmune o son dejados fuera de la competencia por aquellos grupos más exitosos o simplemente metabólicamente no son capaces de dominar ese nicho.
Control de lectura 26
Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome Lundberg, D. S., Lebeis, S. L., Paredes, S. H., Yourstone, S., Gehring, J., Malfatti, S., Tremblay, J., et al. (2012). Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome. Nature, 488(7409), 86–90. doi:10.1038/nature11237
No solo los animales representamos un conjunto de comunidades en nuestro cuerpo sino también las plantas. Arabidopsis thaliana es el objeto de estudio de este artículo, se tomaron muestras de 600 de éstas plantas, en dos diferentes tipos de suelos. Se caracterizó la microbiota bacteriana de rizósfera y la endofítica. Lo que se observó es que la composición dentro y fuera de la raíz está determinada por el tipo de suelo en el que se encuentra la planta, sin embargo hay mayor complejidad de la comunidad fuera de la raíz que dentro de la misma. De alguna manera esta planta debe tener mecanismos para discriminar entre bacterias patógenas y sus comensales y simbionetes.
¿Cuál es el balance para una planta entre albergar una comunidad bacteriana en sus raíces que le provea de acceso a nutrientes, por ejemplo, y otra que se vuelva patogénica? En este artículo, una investigación original, los autores hicieron la caracterización del núcleo del metagenoma asociado a las raíces de A. thaliana. Su metodología involucró secuenciación de 16S de muestras de A. thaliana crecida en varios suelos, definiendo un OTU como una secuencia que apareciera más de 25 veces en más de cinco muestras y tuviera arriba de 97% de identidad entre sí. Una vez en posesión de los datos se usó PCA con las distancias UniFrac (que es un método de distancia que genera una matriz de éstas basadas en el parecido total de las ramas de un árbol filogenético) para establecer los mayores factores que controlan la diversidad de la comunidad. La principal división se debe a dos principales tipos de suelo en que crecían las plantas, seguidas del tipo de suelo específico. 164 taxones aparecían en la porción endofítica de la raíz, lo cual indica que ciertas bacterias sólo pueden vivir ahí. Es un número nada bajo, y esto revela el potencial de la raíz de servir como hábitat para las bacterias y el control preciso que los tejidos vegetales tienen para distinguir entre patógenos y simbiontes. Un análisis hecho con un modelo mixto lineal generalizado para detectar aquellos OTU´s que eran exclusivos para cierta combinación ambiental indica algo notable, que el compartimiento endofítico se caracteriza por tener o no taxones enteros, y que un taxón en la rizósfera no puede colonizar esta parte solamente porque sí, lo que implica que la planta regula con precisión que taxones de bacterias quiere o no adentro de sí. Hibridización fluorescente con CARD-FISH confirma que hay colonización adentro de la raíz, especialmente por Streptomycetaceae, Actinobacteria y Proteobacteria. En general, lo resultados indican que hay un core o núcleo de taxones de bacterias que están mucho más estrechamente ligados a la planta y otros que están asociados pero de una forma más laxa, generalmente en la rizósfera, y que hay una clara demarcación entre el microbioma afuera y adentro de la planta.
Los comentarios están cerrados.