Colonización de bacterias en A. thaliana asociado a fuga de glutamato
La estructura del microbioma de raíz es afectado por metabolitos que liberan las raíces e intervienen en el reclutamiento de microorganismos. Sin embargo, se desconocen los mecanismos que determinan la localización y el momento de liberación de los exudados radiculares. En este trabajo, se explora el papel de la banda de Caspary en el patrón de exudación y sus efectos en el microbioma de raíz. Esta barrera de lignina forma un anillo en las paredes de la endodermis, restringiendo la entrada de agua y nutrientes así como la liberación de metabolitos hacia el exterior de la raíz. Plantas con mutaciones que afectan la integridad de la banda de Caspary muestran un patrón de exudados alterado y comunidades microbianas distintivas, sugiriendo el papel de esta barrera en el reclutamiento del microbioma.
El trabajo utilizó Arabidopsis thaliana inoculada con Pseudomonas protegens CHA0 marcada con GFP. Utilizando una tinción fluorescente, fue posible observar bacterias adheridas a la raíz, las cuales se acumularon cerca del meristemo radicular y en la zona de transición, inmediatamente antes de la formación de la banda de Caspary. Las mutantes sgn3 y myb36 con defectos en la integridad de la banda de Caspary mostraron una mayor colonización en la zona de diferenciación respecto al tipo silvestre. La colonización de la raíz también incrementó con la ablación de células de la endodermis, sugiriendo que la disrupción de la banda de Caspary ocasiona fuga de quimioatrayentes, ocasionando una mayor densidad de bacterias.
Para corroborar que la colonizaión depende de la quimioatracción a los compuestos liberados por la raíz, se utilizaron bacterias con genes deletados asociados a la producción de flagelo y la cinasa CheA, requerida para la transducción de señales quimiotácticas hacia el flagelo. Todas las mutantes presentaron baja capacidad de colonización, comprobando que se debe a la atracción por parte de las sustancias liberadas por las raíces.
La fuga de metabolitos de la raíz también permiten una mayor proliferación de las bacterias, lo cual se observó monitoreando células adheridas a la raíz WT y una doble mutante sgn3 myb36. Esto fue verificado con medio MS líquido suplementado con los exudados de ambos genotipos, mostrando un mayor crecimiento en presencia de los compuestos liberados por la mutante.
El perfil de exudados de sgn3 myb36 mostró una mayor concentración de aminoácidos respecto al tipo silvestre, siendo la glutamina el más abundante. Plantas WT en medio suplementado con glutamina, mostraron un incremento en la colonización similar a la suplementación con exudados de sgn3 myb36.
El desarrollo de raíces laterales podría estar asociado con eventos de colonización debido a la disrupcion de la banda de Caspary y la consecuente liberación de aminoácidos. Plantas tratadas con ácido indolacético mostraron una mayor producción de raíces laterales y con ello una mayor liberación de glutamina al medio, lo cual también ocasiona una mayor colonización por parte de P. protegens. Para comprobar que la colonización depende de la detección de aminoácidos se utilizó una mutante Δctaquad con cuatro genes que codifican para transportadores de aminoácidos deletados. Respecto a WT, estas bacterias tuvieron una menor capacidad de colonización en la zona de diferenciación de mutantes sgn3 myb36 y en los sitios de emergencia de raíces laterales de plantas WT. Adicionalmente se utilizó una cepa reportera con el fluoróforo mScarlet expresado de manera constitutiva y GFP fusionada con el promotor de ansB, gen que codifica para una glutaminasa-asparaginasa periplásmica. De este modo se observó que las bacterias asociadas a zonas donde hay liberación de glutamina están metabolizando este aminoácido.
El artículo concluye que la raíz cuenta con sitios específicos donde se concentra la colonización, los cuales están asociados a la fuga transitoria de compuestos de bajo peso molecular. Este mecanismo podría actuar en conjunto con la secresión activa de otros metabolitos para estructurar el microbioma de raíz.
Referencias
Tsai, H.-H., Tang, Y., Jiang, L., Xu, X., Dénervaud Tendon, V., Pang, J., Jia, Y., Wippel, K., Vacheron, J., Keel, C., Andersen, T. G., Geldner, N., & Zhou, F. (2025). Localized glutamine leakage drives the spatial structure of root microbial colonization. Science, 390(6768), eadu4235. https://doi.org/10.1126/science.adu4235
Evert, R. F., Eichhorn, S. E., & Raven, P. H. (2013). Raven biology of plants (8. ed., international ed). Freeman, Palgrave Macmillan.
