Endófitos asociados a raíces y hojas de plantas que crecen en ambientes extremos en Chile.

Funciones benéficas para las plantas han sido atribuidas a algunas bacterias endófitas. Muchas de ellas llevan a cabo funciones como la promoción del crecimiento vegetal. Esta promoción, puede ocurrir a través de mecanismos que les permiten: fijar nitrógeno, proteger contra patógenos, detoxificar una gran cantidad de compuestos tóxicos y producir metabolitos secundarios como lo son algunas hormonas de crecimiento y antibióticos. Debido a la función benéfica de estos endófitos, muchos de ellos han sido agrupados dentro de las bacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPB, del inglés Plant Growth Promoting Bacteria). En actualidad las PGPB se utilizan en la fabricación de diversos bio-fertilizantes y bio-fungicidas. Muchos de los estudios que existen sobre el efecto de las PGPB sobre el crecimiento vegetal, se han hecho usando plantas modelo y/ó de importancia agrícola en condiciones controladas de invernadero. Recientemente, se ha empezado a estudiar el efecto de las PGPB sobre el crecimiento de plantas nativas de diferentes regiones del mundo bajo condiciones naturales. El resultado de esto es que existe muy poca información sobre el efecto de los endófitos en las plantas que crecen en ambientes extremos como los desiertos y tundras.

En este estudio, investigadores de las Universidades de Chile y de Minnesota, proponen que el entendimiento de las interacciones de los endófitos con las plantas y la búsqueda de bacterias clave para el desempeño y mantenimiento de la comunidad, podría ser valioso para el desarrollo de estrategias de conservación de plantas nativas además de su posible uso en la promoción del crecimiento vegetal bajo el escenario del cambio climático. Basado en esto, investigaron a los endófitos que viven en plantas que crecen en el desierto de Atacama (AD), que se ubica en la región norte de Chile y es considerado uno de los lugares más secos en la tierra y la Patagonia (PAT), que se localiza al Sur de Chile y es una región subAntártica.  Ambas regiones tienen ambientes extremos y las interacciones de las plantas con las bacterias han sido poco estudiadas. Recientemente, en un estudio que se hizo de rizosfera de las plantas que viven en AD y PAT, se encontró que bacterias como Enterobacteria, Pseudomonas, y Bacillus fueron posibles PGPB ayudando a las plantas a tolerar el estrés salino. Así mismo, se ha sugerido que las plantas que crecen en AD y PAT en Chile podrían atraer, seleccionar y conservar a grupos específicos de bacterias las cuales les ayudarían a tolerar las condiciones locales extremas. Por lo que el objetivo de este estudio fue describir y comparar las abundancias y composición de las comunidades bacterianas asociadas a las raíces y a las hojas de dos especies de plantas que crecen el AD y PAT usando secuenciación masiva del gen 16S rRNA. Para llevar a cabo este experimento se colectaron raíces y hojas de dos plantas de la región de AD Distichlis spicata y Pluchea absinthioides y dos de la región de la PAT Gaultheria mucronata y Hieracium pilosela (Figura 1). De estos muestreos se extrajo el DNA y para determinar la abundancia relativa de las bacterias en cada tejido seleccionado utilizaron PCR cuantitativo (qPCR).

Sus resultados muestran que el número de OTUs observados en los tejidos de las plantas en el AD fueron más bajos comparados con los de las plantas colectadas de la PAT. En ambos ecosistemas y en ambos tejidos (raíz y hojas), la asignación taxonómica indica que hay una mayor abundancia de Proteobacterias (14.8 a 68.5), Firmicutes (26- 41.5%), Actinobacterias (6.4-23.6%) y Bacteroidetes. Los tejidos de las plantas D. spicata y P. absinthioides provenientes del AD mostraron una abundancia relativa mayor de Cyanobacteria, Lentisphaerae y Chlorofexi en raíces, y Verrucomicrobia, Fusobacteria y Cyanobacteria en hojas. Mientras que los tejidos de las plantas de la PAT mostraron una abundancia relativa de Elusimicrobia, Fusobacteria, Spirochaetes y Acidobacteria en raíces, y Elusimicrobia, Fusobacteria, TM7 y Verrucomicrobia en hojas (Figura 2). Las diferencias entre los tejidos y las plantas fueron confirmadas por un análisis de coordenadas principales. En las plantas AD, se observó un agrupamiento entre raíces y hojas de D. spicata, y raíces de P. absinthioides. También se observó un agrupamiento entre raíces de H. pilosella, y raíces de G. mucronata en plantas de PAT.

En relación con la distribución de los OTUs compartidos y únicos entre las bacterias endofíticas, se encontró que 53 de los 1075 OTUs fueron compartidos en AD, mientras que 115 OTUs fueron compartidos en PAT. En las plantas del AD muchos de estos OTUs pertenecen a Firmicutes (20), Proteobacteria (15) y Actinobacteria (13). Mientras que, en las plantas de PAT, se compartieron los Firmicutes (37), Actinobacteria (29), Bacteroidetes (25) y Proteobacteria (24). En PAT, hubo un gran número de OTUs únicos en relación con los de las plantas de AD; se encontraron 305 OTUs en raíces y 341 OTUs en hojas en G. mucronata; 306 OTUs en raíces y 195 OTUs en hojas en H. pilosella.  Mientras que en AD se encontraron 234 OTUs en raíces y 224 en hojas en D. spicata y 218 en raíces y 93 en hojas de P. absinthioides. En las plantas AD, muchos de los OTUs únicos pertenecen a los fila: Firmicutes (353), Proteobacteria (213), Actinobacteria (90) y Bacteroidetes (87). Mientras que en las plantas PAT, muchos de los OTUs únicos pertenecen a los fila: Firmicutes (512), Proteobacteria (397), Actinobacteria (159) y Bacteroidetes (119).(Figura 3). A nivel de familia, en ambos ambientes se detectó que la diversidad de las endósferas estaba compuesta por los siguientes grupos: Halobacteriaceae, Bacillaceae, Nocardiosaceae y Halomonadaceae en las plantas de AD y Pseudomonaceaea en plantas de G. mucronata en PAT. Halobacteriaceae y Halomonadaceae son grupos de Arqueas y Eubacterias que son capaces de tolerar altas concentraciones de sales como lo serían los ambientes del AD e incluyen algunos endófitos como Euryarchaeota, Kushneria endophytica, Salinicola tamaricis. La diversidad de familias detectadas entre AD y PAT indicó que la composición de las bacterias endofíticas entre estas dos regiones es diferente.

Finalmente, es importante reconocer que existen muy pocos estudios sobre bacterias endófitas y que estas bacterias juegan un papel central en la ecología, evolución y promoción del crecimiento de las plantas en condiciones extremas. Del análisis de diversidad utilizando el índice de Shannon, concluyen que existe una menor diversidad en las endosferas de las plantas del AD, además, se detectó una diversidad alta en los ecosistemas de PAT. Interesantemente, la abundancia alta detectada en las endosferas de H. pilosela podría darle a esta planta ventajas contra otras plantas que viven en la Patagonia. Por lo que esta planta podría utilizarse como una planta de bio-control de poblaciones nativas en esta región. Sin embargo, se necesitan más estudios que refuercen esto. En conclusión, este estudio reveló que, entre las diferentes localidades en Chile, se reclutan diferentes comunidades de bacterias y que las familias Bacillaceae y Enterobacteriacea podrían funcionar como keystone o bacterias clave.

Referencia

Zhang, Q., Acuña, J. J., Inostroza, N. G., Mora, M. L., Radic, S., Sadowsky, M. J., & Jorquera, M. A. (2019). Endophytic Bacterial Communities Associated with Roots and Leaves of Plants Growing in Chilean Extreme Environments. Scientific reports, 9(1), 4950.