Organismos del suelo promotores del crecimiento vegetal en un experimento de 35 años
Se sabe que los microorganismos del suelo tienen un papel fundamental en el establecimiento de las plantas ya que mantienen la estructura del suelo y la disponibilidad de nutrientes. A pesar de la reciente bonanza en investigación sobre la diversidad biológica en el suelo, el conocimiento sobre los organismos clave en el ecosistema del suelo se encuentra limitado y hace falta una lista de los organismos y genes clave y su asociación con la productividad del suelo. Para mitigar estas carencias, Kunkun Fan y compañía analizaron la biodiversidad (taxonómica y genética) en suelos de cultivo de trigo con diferentes grados de fertilización de un experimento que inició en 1982. Este experimento consiste en fertilizar el suelo de cultivo con urea, superfosfato y cloruro de potasio (NPK) y además agregar otros aditamentos como fibra de trigo (+WS), estiércol de cerdo (+PM) y estiércol de vaca (+CM).
Sus resultados revelaron que la diversidad de microorganismos tuvo cambios más radicales debidos al régimen de fertilización que el origen de la muestra (suelo o rizósfera). Asimismo, la adición de fertilizantes disminuyó la presencia de bacterias de los phyla Actinobacteria, Bacteroidetes y Chloroflexi, aunque estos se volvieron a encontrar cuando se añadió materia orgánica. En cuanto a los eucariontes, el tratamiento NPK redujo la presencia de Pezizomycetes. y aumentó la frecuencia de Caenorhabditis.Otro efecto de la fertilización fue una menor frecuencia de algunos genes de metabolismo de carbono y nitrógeno como chiA y nifH. En la rizósfera, la muchos genes de metabolismo de C, N, P y S se vieron enriquecidos.
Ecological clusters based on multitrophic networks.
Fan y compañía construyeron redes de co-ocurrencia de organismos de todos los grupos biológicos analizados y encontraron cuatro módulos, siendo el primero (#0) el que tuvo mayor correlación con la abundancia de genes de importancia funcional y con la productividad de los cultivos. Le llamaron a este módulo el gruoi clave y encontraron que estaba dominado por acidobacterias, alfa proteobacterias, beta proteobacterias y sordariomicetos. Los filotipos dominantes de este grupo clave pertenecieron a los phyla Candidatus Solibacter y Candidatus Koribacter. Al buscar genomas en bases de datos relacionados con sus filotipos, encontraron que estos genomas tendían a incluir más copias de los genes asociados con el reciclaje de nutrientes. Por su parte, el módulo #1 tuvo estuvo asociado con patógenos y el módulo #2 tuvo una menor correlación con genes funcionales.
Ecological relationships between biodiversity of key-stone phylotypes, functional genes, and crop production.
Usando modelación de ecuaciones estructurales, los autores encontraron que la variación del crecimiento del trigo estuvo explicada en un 75% por la diversidad bacteriana y tuvo una correlación negativa con la diversidad de hongos. La diversidad de los nemátodos clave estuvo relacionada con la funcionalidad del suelo. Algunos ejemplos de asociación puntuales son la endoquitinasa (chiA) que estuvo correlacionada con la biodiversidad de Chloroflexi en el módulo #0, la abundancia de amoB que estuvo relacionada a la diversidad de Nitrospira y la abundancia de phoD que estuvo relacionada con la biodiversidad de Mesorhizobium. Estos tres genes estuvieron a su vez relacionados con el crecimiento del trigo. Los autores hicieron disponible la lista de los organismos que consideran clave para el mantenimiento de este agro-ecosistema y señalan que se puede usar para guiar la producción de alimentos. Este trabajo es un esfuerzo interesante por integrar la importancia de varios grupos de organismos como hongos y bacterias en el efecto de la biodiversidad del suelo en el crecimiento de una planta de interés agrícola.
Fan, K., Delgado-Baquerizo, M., Guo, X. et al. Biodiversity of key-stone phylotypes determines crop production in a 4-decade fertilization experiment. ISME J (2020). https://doi.org/10.1038/s41396-020-00796-8
