La supresión de patógenos es mediada por la competencia por hierro en suelos.
Un problema grave en la agricultura es la infección por patógenos del suelo. Se sabe que distintos microorganismos presentes en los microbiomas de las plantas pueden conferir un efecto de protección contra algunos de estos agentes mediante la correlación de la estructura del microbioma con el estado de salud de las plantas o al probar los efectos directos en sistemas cerrados poco cercanos a la realidad en relaciones uno a uno. Es por esto que la información sobre los mecanismos subyacentes para la protección contra patógenos no son muy claros. Uno de los mecanismos propuestos es la competencia por el hierro a través de sideróforos en la zona de la rizosfera, ya que el hierro es un elemento de alta importancia para el desarrollo de los microorganismos.
En este trabajo, los autores caracterizaron la composición de 80 microbiomas rizosféricos de tomates creciendo en campos infectados por Ralstonia solanacearum mediante secuenciación masiva de bibliotecas de amplicones del gen ribosomal 16S y proceden a probar 2150 aislados representativos de todo el rango filogenético contra el patógeno tanto in vitro como in vivo.
La producción de sideróforos fue cuantificada en los cultivos de los aislados, encontrando que el 95% de los mismos son productores de sideróforos, propiedad que se ve exacerbada al utilizar medios limitados en hierro. Los sobrenadantes de los aislados en condiciones enriquecidas y limitantes de hierro, los cuales contienen a los sideróforos y otros metabolitos producidos por los microorganismos en cuestión, se adicionaron a los cultivos del patógeno R. solanacearum para probar la inhibición de su crecimiento, encontrando que los sobrenadantes de algunos grupos bacterianos (i.e. Enterobacter, Bacillus, Chryseobacterium) en las condiciones limitadas de hierro tienen el mayor potencial inhibitorio, mayormente atribuido a los sideróforos y no a otros metabolitos. Sin embargo, también se encontró que algunos de los aislados mostraron conferir una promoción del crecimiento del patógeno (i.e. Rhizobium, Stenotrophomonas).
Por otro lado, midieron la distancia filogenética entre el patógeno y distintos grupos de microorganismos y observaron que existe una relación de esta distancia con la inhibición del crecimiento de R. solanacearum, donde los grupos con mayor producción de sideróforos y los más emparentados son los más inhibitorios, lo cual corrobora las teorías de competencia por recursos en un nicho entre especies relacionadas. La actividad inhibitoria de los sideróforos fue finalmente comprobada a través del cocultivo de los aislados con el patógeno.
Para responder la pregunta sobre la relación entre los efectos inhibitorios y la composición del microbioma, realizaron correlaciones entre la co-ocurrencia del patógeno y las bacterias rizosféricas aisladas, observándose una correlación positiva entre la abundancia de taxa productores de sideróforos inhibidores y el patógeno. Adicionalmente, probaron el efecto protector in vivo con aislados de los géneros más abundantes y observaron que Bacillus son los más prometedores agentes de biocontrol.
Este trabajo muestra la relevancia de mecanismos de interacción bacteria-bacteria involucrados en la competencia por recursos para la supresión de patógenos y al mismo tiempo sienta un marco experimental para ligar los resultados de análisis globales de microbiomas con los de pruebas experimentales tanto in vitro como in vivo.
Referencia: Gu, S., Wei, Z., Shao, Z. et al. Competition for iron drives phytopathogen control by natural rhizosphere microbiomes. Nat Microbiol (2020). https://doi.org/10.1038/s41564-020-0719-8
