Distribución espacial de exudados de radiculares en el maíz y su efecto en el microbioma
La colonización de microorganismos en las raíces de las plantas depende en parte de la liberación de exudados radiculares que proveen nutrientes a los miembros del microbioma. Sin embargo, la distribución de estos compuestos no es homogenea de manera longitudinal ni en los diferentes tipos de raíz. En el caso del maíz, las raíces pueden originarse de la semilla (raíces seminales) y raíces adventicias que surgen del tallo (coronarias). En este trabajo, se estudió la distribución de los exudados radiculares en las puntas y en las bases de los distintos tipos de raíces en plantas de maíz mediante tomografías de emisión de positrones (PET: positron emission tomography) y tomografías de resonancia magnética (MRI: magnetic resonance imaging) (Estudio I). También se utilizó análisis elemental acomplado a espectorometría de relación de isótopos (EA-IRMS: elemental analysis -Isotopic Ratio Mass Spectrometry) y sondeo de DNA con isótopos estables (DNA-SIP: stable isotope probing) para cuantificar la rizodeposición de carbono fijado por fotosíntesis en la rizósfera e identificar microorganismos (bacterias, hongos y cercozoos) que incorporan el carbono liberado por las raíces (Estudio II).
Las imágenes obetenidas por PET son una técnica no destructiva que permiten seguir el movimiento fotosintatos marcados con 11C en las raíces. La distribución de carbono fijado por las hojas hacia las raíces se observó hasta el día 13, mostrando una mayor concentración en las puntas de las raíces respecto a su base. El seguimiento de moléculas marcadas con 11C mostró que los fotosintatos tardan alrededor de 25 minutos en llegar a las raíces a partir de la fijación de CO2.
Mediante EA-IRMS fue posible estimar cantidad de fotosintatos transportados hacia la raíz y liberados en la rizósfera, midiendo la proporción de 13C que fue proporcionado a las plantas mediante 13CO2. En las puntas de raíces seminales nuevamente se observó una mayor concentración de fotosintatos respecto a sus bases, mientras que este patrón fue menos evidente para las raíces coronarias. La concentración de 13C en las raíces y en la rizósfera mostró una correlación significativa, la cual presentó un mejor ajuste al separar los datos de los de las bases de las raíces, mientras que las puntas mostraron una menor correlación, asociado con patrones variables de concentración de fotosintatos según la edad de las raíces.
Las comunidades bacterianas mostraron similitud dentro de cada tipo de raíz, mostrando diferencias entre los tipos de raíz y de acuerdo con su ubicación en la punta o en la base (identificado por la cantidad de 11C). La similtud de las comunidades también fue explicada por la concentración de 13C en la rizósfera, pero este patrón fue menos claro en el caso de hongos y cercozoos. Esto indica que las comunidades microbianas se estructuran de acuerdo con la identidad de las raíces y la disponibilidad de nutrientes en sus ejes longitudinales.
El uso de DNA-SIP permite diferenciar microorganismos que incorporan el carbono liberado por las plantas, separando el DNA extraído en la fracción pesada que contiene 13C . Comparando las secuencias de microorganismos con y sin 13C en su DNA con DESeq2, se identificaron microroganismos sobrerepresentados que consumen el carbono liberado por las plantas. Dentro de ellos se encuentran bacterias como Paenibacillus, Caulobacter, Devosia, Sphingobium, Rhodpseudomonas, Vampirovibrio, Bdellovibrio y miembros de Commamonadacea y Oxalobacteraceae, entre otros. En el caso de los hongos destacó la presencia de ASVs pertenecientes a Fusarium y Trichoderma.
El análisis de redes de las comunidades consumidoras de exudados radiculares de la punta y las raíces mostraron una mayor interacción de los hongos con bacterias y cercozoos en la punta respecto a la base. En ambas redes, los taxa identificados como incorporadores de fotosintatos mostraron un mayor grado de centralidad, sugiriendo un papel importante en la comunidad.
Este trabajo demuestra que los exudados radiculares se concentran en las puntas de las raíces y la cantidad de fotosintatos difiere según la edad de los distintos tipos de raíz. La correlación entre la cantidad de fotosintatos en la raíz y su liberación a la rizósfera indica que el transporte hacia las raíces y la rizodeposición son proceso relacionados entre sí. Esa distribucion heterogénea de los exudados también influye en la composición de las raíces, mostrando una mayor abundancia de microorganismo que pueden hacer uso rápido de los exudados como Paenibacillus, Fusarium y Trichoderma. Además, se identificaron otros microorganismos que incorporan el carbono fijado por la planta a través de la depredación de los consumidores primarios, como es el caso de Vampirovibrio, Bdellovibrio y cercozoos como Glissomonadida y Cercomonadida.
Referencia
Schultes, S. R., Rüger, L., Niedeggen, D., Freudenthal, J., Frindte, K., Becker, M. F., Metzner, R., Pflugfelder, D., Chlubek, A., Hinz, C., Van Dusschoten, D., Bauke, S. L., Bonkowski, M., Watt, M., Koller, R., & Knief, C. (2025). Photosynthate distribution determines spatial patterns in the rhizosphere microbiota of the maize root system. Nature Communications, 16(1), 7286. https://doi.org/10.1038/s41467-025-62550-y
