Los perfiles metabólicos de los exudados de raíz y sus efectos en las comunidades de bacterias asociadas a raíz

La rizósfera, que comprende el área del suelo que rodea a las raíces de las plantas, representa un punto de interacción entre plantas y microorganimos que ha sido moldeado por millones de años de co-evolución. En ésta estrecha relación entre plantas y microorganismos participan los exudados de raíz, sustancias liberadas por las plantas hacia la rizósfera, cuya composición química varía dependiendo de la especie vegetal, el estado de desarrollo, las características de las raíz y algunos factores edáficos. Sin embargo, no se conoce la manera particular en la que la naturaleza química de los exudados actúa en el ensamble de las comunidades de microorganismos. Para resolver dicho problema, los autores del trabajo analizaron la diversidad bacteriana mediante la secuenciación masiva del gen 16S rRNA en muestras de suelo circudante y rizósfera de Avena a lo largo del tiempo; aislaron bacterias y secuenciaron sus genomas; y analizaron la composición química de los exudados de raíz, así como su consumo por parte de las bacterias previamente aisladas.

Del total de los 289 aislados bacterianos, se seleccionaron 39 (de acuerdo con su abundancia) para ser secuenciados. Con la finalidad de relacionar estos aislados con los cambios taxonómicos observados en la rizósfera y suelo, se mapearon los genes 16S rRNA con los genomas obtenidos. De tal modo que, siguiendo los cambios en la comoposición taxonómica de la rizósfera y suelo a través del tiempo, se pudo observar que de los 39 aislados, 19 respondieron de manera positiva al crecimiento de las plantas, 8 lo hacieron de manera negativa y en el resto no fueron estadísticamente significativos. Algunos de los taxa que respondieron de manera positiva incluyen a Sphingomonas, Caulobacter, Burkholderia, Variovorax y Streptomyces, la mayoría de los cuales han sido descritos como promotores del crecimiento vegetal o ligados a la rizósfera.

Al analizar los genomas de los aislados bacterianos y corroborar los resultados con las observaciones de la tasa de crecimiento, se encontró que la mayoría de las bacterias que mostraron una respuesta positiva al crecimiento de las plantas, presentan un crecimiento más lento y genomas más grandes. Así mismo, estas bacterias con respuesta positiva presentan una mayor abundancia de transportadores de aminoácidos y ácidos orgánicos; mientras que los genomas de bacterias con respuesta negativa, poseen más genes que codifican enzimas para la asimilación de polisacáridos (como β-xilosidasas o β​-glucanasas), que se considera que son más abundantes en las zonas lejanas a la raíz.

Para identificar la relación entre los cambios en las comunidades de bacterias y los perfiles de exudados de raíz, se utilizó cromatografía líquida-espectrometría de masas para analizar la composición química de los exudados a lo largo del tiempo. A las 3 semanas, que corresponden al desarrollo temprano de la Avena, la sacarosa y la homoserina se encuentran en alta abundancia; entre las semanas 6 y 9, dónde hay un mayor crecimiento vegetativo, predomian los aminoácidos y los ácidos carboxílicos; finalmente a las 12 semanas, ocurre el período de senescencia de las plantas y se acumulan sustancias como la betaína, así como hormoas vegetales que incluyen al ácido absícico y a las auxinas. Para observar la manera directa en la que los exudados podrían influir en la estructuración de las comunidades de rizósfera, el siguiente experimento que realizaron consistió en cultivar a los aislados previamente caracterizados en medios de cultivo con exudados de raíz de diferentes etapas de desarrollo. Estos experimentos mostraron que los aislados de bacterias con respuesta positiva al crecimiento de las plantas, presentaban una mayor captura de aminoácidos, ácidos organicos, azúcares y aminas cuaternarias (como la betaína). De este modo, los resultados del trabajo, señalan que la composición química de los exudados de raíz, enriquece de manera selectiva a algunos grupos de bacteria, los cuales podrían tener efectos positivos en la salud de sus hospederos.

Referencia:

Zhalnina, K., Louie, K. B., Hao, Z., Mansoori, N., da Rocha, U. N., Shi, S., … & Firestone, M. K. (2018). Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community assembly. Nature microbiology, 3(4), 470-480.