Selección transgeneracional del microbioma de raíz en Arabidopsis guiada por el fenotipo de la planta e influenciada por ecotipo
Las plantas ejercen control sobre la comunidad bacteriana asociada a las raíces y la capacidad del hospedero para reclutar o excluir miembros específicos depende de su genotipo. Si bien las condiciones ambientales afectan la composición del microbioma, es posible obtener comunidades similares en plantas con el mismo genotipo. La interacción que ocurre en las raíces puede ser benéfica para la planta pero para aprovechar este potencial es necesario que los efectos sobre el hospedero sean consistentes, lo cual podría lograrse mediante procesos de selección transgeneracional.
En este trabajo se emplearon dos ecotipos de Arabidopsis thaliana (Civ y Ler), los cuales crecieron durante 35 días en sustrato estéril mezclado con un suelo agrícola como inóculo inicial. Al final del periodo de crecimiento se seleccionaron las cinco plantas que tuvieron la mayor y menor biomasa aérea, el sustrato en el que crecieron fue utilizado para inocular el sustrato estéril utilizado en la siguiente generación de plantas, estableciendo dos líneas (microbiomas) independientes (biomasa alta y baja) seleccionadas de acuerdo con el fenotipo de la planta. Este proceso fue repetido durante 8 generaciones, a partir de la tercera se introdujo un control consistente de plantas sin inoculación creciendo únicamente en suelo no esterilizado. La composición y diversidad de la rizósfera fue caracterizada mediante la secuenciación del gen 16S rRNA.
La biomasa de las plantas fue variable a lo largo de las generaciones para ambos ecotipos y tratamientos de biomasa. Debido a que los controles presentaron la misma tendencia, los cambios observados fueron asociados a variación ambiental. Aún así, se observaron diferencias en la biomasa debido al proceso de selección, principalmente en el ecotipo Ler, en donde se presentaron diferencias significativas en las generaciones 4, 5 y 7 entre ambas líneas, aunque el control tuvo la mayor biomasa en cada uno de estos casos.
La diversidad alfa del microbioma de raíz, analizada mediante OTUs observadas y el índice de Shannon, disminuyó en las generaciones iniciales y no presentó diferencias significativas después de la quinta generación en ambos ecotipos, lo cual sugiere un incremento en la estabilidad del microbioma con el paso de las generaciones.
El análisis de la diversidad beta mostró similitud entre las comunidades de ambas líneas y ambos genotipos al inicio del experimento, las cuales incrementaron su disimilitud con cada generación. En la tercera generación se observó diferenciación debido al genotipo, mientras que la separación por selección de biomasa fue evidente hasta la generación 5 y más pronunciada en Cvi.
Las OTUs enriquecidas en las líneas de biomasa alta mostraron un incremento gradual en su abundancia relativa a lo largo de las generaciones, las cuales incluyeron bacterias promotoras del crecimiento como Paenibacillaceae, Bacilli, Labraceae, Rhizobiaceae, y Bdellovibrio. En cambio, las OTUs empobrecidas permanecieron sin cambios a lo largo de las generaciones. Esto indica que la selección por biomasa favorece el enriquecimiento de OTUs a lo largo del tiempo, lo cual fue corroborado mediante el ajuste de los datos al modelo neutral de Sloan, lo cual indicó que el proceso de selección fue más relevante en generaciones posteriores. Adicionalmente, el enriquecimiento de OTUs fue específico para cada ecotipo, por lo que la composición del microbioma a lo largo de las generaciones depende del proceso de selección y del ambiente.
En este estudio se mostró que es posible seleccionar comunidades estables después de 5 generaciones, utilizando el fenotipo de la planta como factor de selección, el cual modulará el microbioma de raíz junto con el control ejercido por el hospedero. La presencia de bacterias promotoras del crecimiento sugiere que comunidades seleccionadas de este modo podrían ser utilizadas para incrementar la producción vegetal. Si bien el fenotipo de la planta mostró gran variación debido al ambiente, sí hubo diferenciación de las comunidades y un incremento diferencial de OTUs como resultado de la selección.
Shankar, N., Shetty, P., Melo, T. C., & Kesseli, R. (2023). Multi-Generation Ecosystem Selection of Rhizosphere Microbial Communities Associated with Plant Genotype and Biomass in Arabidopsis thaliana. Microorganisms, 11(12), Article 12. https://doi.org/10.3390/microorganisms11122932
