Efecto de la planta y su microbioma de rizósfera para reducir la herbivoría por insectos
El genotipo de la planta es capaz de regular la resistencia a insectos herbívoros alterando la acumulación de metabolitos primarios y secundarios. Por ejemplo, los glucosinolatos (GLS) son metabolitos secundarios que impiden que los insectos continúen alimentándose de las hojas de la planta. A pesar de que se conoce el efecto del genotipo de la planta sobre las rutas de defensa, el efecto de los microorganismos en el metaboloma y la contribución a la defensa ante la herbivoría se desconoce. En este estudio se comparan los efectos de distintas poblaciones de plantas y sus microbiomas rizosféricos sobre los metabolitos y respuesta de las plantas ante insectos herbívoros.
Se evaluó el efecto de la población de Boechera stricta proveniente de dos locaciones distintas (Crow Creek (CC) y Road234 (R234)) y el efecto del microbioma, cultivando estas dos poblaciones en muestras de suelo de los mismos sitios. Este suelo se pasó por una malla de 0.2um para poder obtener suelo con microbioma perturbado e intacto. De estas plantas se extrajo DNA y se determinaron los ASVs del microbioma, se realizó un perfil de metabolitos primarios y de GLS, además de someterlas a áfidos (en invernadero) y a alticinos (en campo).
Mediante un PCoA se determinó que la composición de los microbiomas intactos de CC y R234 fueron significativamente distintos al microbioma perturbado, habiendo 84 especies más enriquecidas que otras dependiendo del tipo de microbioma. De éstas, 64 fueron más abundantes en los microbiomas intactos pudiendo contribuir a la defensa de la planta haciendo biodisponibles nutrientes específicos para la planta, como es el caso del género Nitrobacter que convierte nitrito a nitrato.
El tipo de población modificó el metaboloma: 5 de los 9 GLS identificados se encontraron en mayor concentración en plantas R234, mientras que la concentración de 33 de 186 metabolitos primarios identificados y pertenecientes a 3 rutas distintas resultaron más abundantes en las plantas CC. Por otro lado, el tipo de microbioma influyó en la concentración de un único tipo de GLS, el cual se encontró en mayor concentración en plantas con microbiomas perturbados. Cuatro rutas metabólicas y 22 metabolitos primarios variaron de acuerdo al microbioma: metabolitos de las rutas para interconversión de pentosas y gluconarato fueron más abundantes en el microbioma intacto. Los metabolitos implicados en las rutas metabólicas de glioxilato y dicarboxilato se encontraban en mayor cantidad en las plantas de CC y en los tratamientos con microbioma perturbado.
Después de someter las plantas a la presencia de áfidos y alticinos, se evaluó la cantidad de insectos por planta y el daño causado en las hojas. Al comparar entre las dos poblaciones de B. stricta se observó una mayor susceptibilidad a los áfidos en CC así como en las plantas cultivadas con microbiomas rizosféricos perturbados. De manera similar, cuando se evaluó la resistencia a alticinos resultaron más resistentes aquellas plantas cultivadas en microbiomas intactos. A pesar de las diferencias metabólicas entre las plantas de CC y R234, no se encontraron diferencias significativas en el daño causado por los alticinos entre ambas poblaciones, pudiendo deberse a la capacidad de los alticinos de utilizar GLS como nutriente. En cambio, altas concentraciones de ascorbato y aldarato pueden contribuir a los altos números de áfidos en CC al sentirse atraídos por dichos compuestos. Asimismo, altas concentraciones de metabolitos de las rutas de pentosa y gluconorato pueden incrementar la dureza de las paredes celulares, haciendo más complicada la ingesta de los insectos en plantas con microbiomas intactos. Los microorganismos de la rizósfera contribuyen al desarrollo de la planta haciendo biodisponibles nutrientes como nitrógeno y fósforo, pudiendo influir indirectamente en la defensa ante insectos.
Los autores concluyen que tanto la población como el microbioma rizosférico afectaron al metaboloma de las plantas. Aunque no hubo diferencias en GLS entre los dos microbiomas, las plantas cultivadas en microbiomas perturbados presentaron mayores concentraciones de metabolitos primarios en tres rutas distintas y las cultivadas en microbiomas intactos resultaron con mayores concentraciones de metabolitos pertenecientes a una única ruta, sugiriendo así que los mecanismos de defensa involucrados son aparentemente distintos.
Referencia: Hubbard, C., Li, B., McMinn, R., Brock, M., Maignien, L., Ewers, B., Kliebenstein, D., Weinig, C. (2019) The effect of rhizosphere microbes outweighs host plant genetics in reducing insect herbivory. Molecular Ecology. 28:1801–1811.
