El microbioma de rizósfera influye en la exudación de metabolitos

En este trabajo los autores es enfocan en dilucidar si la microbiota afecta a exudados de raíz de Solanum lycopersicum sin darle un enfoque basado en resistencia a patógenos o a algún tipo de estrés, que es el que se le ha dado en la mayor parte de los estudios realizados. Plántulas de 14 días de crecimiento con la raíz principal dividida en dos se trasplantaron a hidroponía en dos tubos (uno para cada mitad de la raíz) con solución Hoagland. Después de 7 días en el sistema hidropónico se sustituyó la solución de un tubo por solución con suelo esterilizada (lado sistémico) y en el otro con solución con suelo sin esterilizar (lado local). Se realizaron tres tipos de lado local dependiendo del grado de dilución del suelo: densidad alta (HD, poco diluido), densidad media (MD) y densidad baja (LD, muy diluido). De esta manera es posible determinar los metabolitos que exuda la raíz en el lado sistémico como resultado de la microbiota presente en el lado local. Las plantas se mantuvieron en este sistema durante 7 días, momento en el que se tomaron muestras para analizar la composición microbianas de rizósfera por secuenciación del gen 16S rRNA y la de metabolitos por GC-MS.

En los tres tipos de lado local la comunidad microbiana estuvo compuesta por Proteobacterias (dominantes en los tres), Firmicutes (enriquecidos en MD y LD) y Bacteroidetes (enriquecidos en HD y MD). 

Después de realizar el análisis por GC-MS se identificaron 115 metabolitos diferencialmente enriquecidos en los exudados del lado sistémico como resultado del lado local, así como 116 en nuevos brotes y 56 en el tejido de raíz. Dentro de los exudados se encuentran los acilazúcares y los ácidos hidroxicinámicos, cuya presencia se había reportado únicamente en la parte área. Mediante MALDI-MSI se reporta también que la localización de estos exudados varía en la misma raíz, acumulándose en los pelos radicales, raíces laterales, etc. Con base en esto, los autores establecen que el microbioma de rizósfera modula la composición de los exudados de una manera sistémica y denominan a este mecanismo SIREM (Systemically induced root exudation of metabolites). En cuanto a los metabolitos presentes en tejidos, se identificaron AzA-Hex y PIM-Hex (ácidos relacionados mecanismos de defensa SAR) en la parte sistémica correspondiente a HD y LD. Para determinar si SIREM modulaba la expresión genética se extrajo RNA de brotes y de raíces del lado sistémico y se encontraron 408 transcritos expresados de manera diferencial dependiendo del lado local. Estos genes están involucrados en el metabolismo de carbohidratos, homeóstasis y defensa contra patógenos.

Finalmente, los autores integran todos sus datos e identifican mediante SOM cambios coordinados entre el transcriptoma, los tejidos y los perfiles metabólicos de exudados con la composición de las comunidades microbianas del lado local. Este análisis reveló que hay cambios metabólicos y en el transcriptoma relacionados a taxa específicos en el microbioma. Por ejemplo, la presencia del orden Bacilliales se relaciona con efectos en el transcriptoma (genes de biosíntesis de esterol en brotes), tejidos (acumulación de glucopiranosa en raíces) y exudados (acilsucrosa y acilglucosa). Para corroborar esto, se trató el lado local de las plantas con Bacillus subtilis 3610, lo que provocó un incremento en los exudados de acilsucrosa en el lado sistémico.

A través de esta serie de experimentos se demuestra que el microbioma de rizósfera, e incluso la presencia de microorganismos específicos, estimula la producción de ciertos metabolitos que a su vez afectan la composición de los exudados a través de un proceso de señales en la raíz denominado SIREM. Estos resultados sugieren que a través del microbioma podrían llegar a reprogramarse los exudados de raíz para profundizar en estudios relacionados con microbiota y metabolismo.

Referencia: Korenblum, A., Donga, Y., Szymanskib, J., Pandaa, S., Jozwiaka, A., Massalhaa, H., Meira, S., Rogacheva, I., Aharonia, A. (2020) Rhizosphere microbiome mediates systemic root metabolite exudation by root-to-root signaling. PNAS. 117, 7: 3874-3883.