Protistas. Aliados menospreciados en el microbioma de las plantas

Hugo Barajas journal club 13 agosto, 2020 | 0

El microbioma rizosférico está involucrado en la supresión de patógenos, entre otras funciones. La mayor parte de los estudios de este tipo de comunidades microbianas se centran en el análisis de bacterias y hongos que puedan conferir resistencia ante microorganismos que causen enfermedad en las plantas. Sin embargo, otros microorganismos, como los protistas, tienen la capacidad de predar y consumir bacterias, algunas de ellas patógenas de plantas, repercutiendo en la estructura de la comunidad bacteriana y en ocasiones propiciando el incremento en la abundancia de bacterias que también confieren resistencia contra patógenos

Por estas razones, los autores de este trabajo investigan la composición y diversidad del microbioma (bacterias, hongos y protistas) y metagenoma rizosférico de jitomate a través de su desarrollo en campo utilizando un sistema de rizocajas que permite la obtención de suelo rizosférico sin la destrucción de las plantas con el objetivo de encontrar microorganismos y genes que sean clave para predecir la salud de las plantas en etapa adulta cuando crecen en suelos infestados con Ralstonia solanacearum. La rizosfera de los jitomates fueron muestreadas a través del desarrollo de las plantas a las 3, 4, 5 y 6 semanas de crecimiento y se dividieron en dos grupos: plantas sanas y plantas que presentaban síntomas de marchitez por el patógno.

Los autores utilizan los valores de diversidad (Shannon) y de la estructura de las comunidades microbianas (CAP2 de bacterias, hongos y protistas) encontrando que en las plantas sanas, las estructura y diversidad de bacterias tienen el mayor poder de explicación de la densidad de los patógenos, mientras que en las plantas infectadas, la diversidad de protistas explica mejor la incidencia del mismo. Posteriormente, realizaron análisis de diversidad beta, taxa indicadores y redes de co-ocurrencia con los datos del inicio del experimento para encontrar predictores de la infección en la etapa adulta de las plantas y encontraron 7 OTUs fagotrofos sobrerrepresentados en las plantas que crecieron sanas y al mismo tiempo los OTUs protistas clasificados en esta categoría explicaban mejor las diferencias entre las comunidades de ambos grupos de plantas y están correlacionados negativamente con la abundancia de R. solanacearum. Por otro lado, encuentran correlaciones positivas de R. solanacearum con Pythium en las plantas enfermas, sugiriendo la formación de un patobioma.

Fig. 2 Community structure of protistan taxonomic and functional groups explaining differences between diseased and healthy plants at plant establishment (week 0) (a). Community structure of phagotrophic protists (b) and indicator protistan OTUs (c) in diseased and healthy plants at plant establishment, and networks of the functional groups of protistan OTUs directly associated with the *R. solanacearum* pathogen in healthy and diseased plants at plant establishment (d). Correlations between the relative abundance of phagotrophic protists and *R. solanacearum* in diseased and healthy plants across plant growth (e). In panel a, only abundant taxonomic and functional groups of protists were selected (average relative abundance over 1%). In panel a and b, asterisk means P < 0.05. In panel c, protistan OTUs with LDA score > 2.0 are indicators for healthy plants, while protistan OTUs with LDA score < − 2.0 are belonging to diseased plants. In panel d, blue lines indicate positive, and red lines indicate negative correlations. In panel e, the solid line shows a significant (P < 0.05) correlation, and the dashed line shows a nonsignificant (P > 0.05) correlation

A nivel del contenido de genes de la comunidad microbiana, descubren que aquellos relacionados a la biosíntesis de metabolitos secundarios están fuertemente ligados con la densidad del patógeno e incrementan su abundancia durante el desarrollo de las plantas sanas de igual manera que OTUs clasificados como Bacillus.

Fig. 3 Relative importance of the eight metabolism gene categories in predicting *R. solanacearum* density across plant growth in the combined datasets including healthy and diseased plants (a). Changes in relative abundance of metabolism Q genes (secondary metabolite biosynthesis, transport, and catabolism genes) in diseased and healthy plants at week 0 and week 5 (b). Relative abundance of phagotrophic protists in diseased and healthy plants at week 0 and week 5 (c). Relative abundance of Bacillus OTUs in diseased and healthy plants at week 0 and week 5 (d). Abundance of *R. solanacearum* in diseased and healthy plants at week 0 and week 5 (e). Co-occurrence networks between abundant phagotrophic protistan OTUs, bacterial OTUs, and metabolism Q genes for healthy and diseased plants across plant growth

En conclusión, el trabajo nos enseña que la composición inicial de la comunidad de bacterias y protistas pueden ser usadas como predictores para estados de salud y enfermedad de las plantas y que las habilidades predatorias de los protistas pueden conferir resistencia contra un patógeno ya sea por medio de su interacción negativa directa o de una forma indirecta en la cual se incrementan grupos bacterianos que producen metabolitos secundarios que posiblemente mantienen bajo control la infección.

Xiong, W., Song, Y., Yang, K., Gu, Y., Wei, Z., Kowalchuk, G. A., … & Geisen, S. (2020). Rhizosphere protists are key determinants of plant health. Microbiome, 8(1), 1-9.

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