Un conjunto de genes permite a las bacterias colonizar las raíces de las plantas

Las plantas son colonizadas por una comunidad compleja de bacterias, arqueas y hongos, los que constituyen el microbioma de sus raíces y demás órganos. Estos organismos tienen un rol fundamental en la nutrición de las plantas, fortalecen su tolerancia a factores de estrés como la sequía y las ayudan en la defensa contra los patógenos que pueden atacarlas. 

El establecimiento de la microbiota en las raíces se rige por una compleja interacción entre la microbiota, el hospedador y el medio ambiente, así como por interacciones microbio-microbio.

Con un novedoso enfoque experimental, investigadores del Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Colonia, Alemania, han identificado un conjunto de genes que son necesarios para que las bacterias comensales puedan colonizar las plantas que los hospedan. 

Aún no se conoce exactamente cómo múltiples microorganismos pueden colonizan y establecer relaciones complejas con los tejidos de las plantas. El desafío del estudio fue caracterizar con precisión el comportamiento de cepas individuales de microbios en la propia planta, como requisito previo para diseñar y aplicar microbiomas con funciones beneficiosas.

Con dicho fin, se exploró la colonización de cepas individuales en raíces de plantas, comenzando con plantas de berro (Arabidopsis thaliana) libres de microbios. Posteriormente, se introdujo una comunidad representativa de 106 aislados de bacterias y hongos secuenciados por genoma, representativa de la diversidad presente en las raíces de las plantas de berro en la naturaleza.

Conocer la identidad de esas bacterias y contar con secuencias de referencia para su material genético les permitió caracterizar qué genes microbianos se activaron o reprimieron durante la colonización de las plantas. Los resultados indicaron que los miembros de la microbiota activan procesos específicos de cepas pero también conjuntos de genes comunes para colonizar las raíces de las plantas.

Numerosos genes estaban altamente expresados ​​en muchas bacterias diferentes en las raíces y así pudieron seleccionar genes candidatos potencialmente involucrados en la colonización de la raíz de la planta. 

Uno de los genes identificados está involucrado en el transporte de polímeros transmembrana, otro regula la virulencia bacteriana y las respuestas al estrés, mientras que un conjunto de genes funcionan juntos actúan como sensores de fosfato. 

Mutaciones en tres de estos genes bacterianos impidió su capacidad para colonizar raíces, aunque no afectó su crecimiento. De esta manera, se logró identificar un conjunto de genes necesarios para la persistencia de bacterias en las raíces de las plantas. Los genes identificados podrían ser utilizados ampliamente por bacterias muy diversas para colonizar y persistir en sus hospedadores.

Estos resultados facilitan el diseño de bacterias beneficiosas que puedan colonizar eficientemente los distintos órganos de las plantas y promover su salud, favoreciendo una agricultura más sostenible.