UNIVERSITY PARK, PA – Se cree que las bacterias que benefician a las plantas contribuyen de manera importante a los cultivos y otros ecosistemas, pero el cambio climático puede reducir su número. Según un nuevo estudio Por un equipo de investigadores internacionales. Publicaron sus hallazgos en Comida natural.
La colaboración incluye a Francisco Dini-Andreote, profesor de ciencias vegetales en Penn State, que demuestra la diversidad y distribución de bacterias vegetales beneficiosas (PBB) del suelo recolectadas en todo el mundo. Luego, los investigadores modelaron cómo estas comunidades microbianas podrían verse afectadas por el cambio climático dependiente de los combustibles fósiles en el próximo siglo.
Utilizando datos existentes del proyecto Earth Microbiome, los investigadores identificaron microorganismos que podrían brindar servicios a las plantas, como controlar la bioquímica o determinar los efectos de los virus, promover el crecimiento de las plantas y la resistencia al estrés. Dichos servicios incorporan estas bacterias como un componente esencial del sistema agrícola convencional.
«Las plantas son colonizadas por un complejo de microorganismos en las raíces, hojas y tallos», dijo Dini-Andreote. «Estos microorganismos relacionados con las plantas representan una extensión de la capacidad metabólica de una planta, a menudo denominados el» segundo gen de las plantas «.
Este concepto refleja el concepto de hologenoma, que considera el conjunto total de genes contenidos por un organismo y su microbiología asociada para hacer inferencias sobre la salud y la evolución organizacional. Según los investigadores, la identificación biogeográfica de PBB sienta las bases para comprender las variables que gobiernan el modelo de comunidad microbiana global y predecir su futuro en un mundo que cambia rápidamente.
Su análisis revela varias tendencias en la diversidad de PBB, incluidos altos niveles de diversidad y diversidad en latitudes bajas con las concentraciones más altas en América del Norte y África. Se han identificado un total de 396 genes que están genéticamente clasificados por encima del nivel categórico. Los investigadores han descubierto que las variables ambientales locales, especialmente el clima, son fuertes predictores de la composición de la comunidad de PBB, lo que probablemente tendrá un impacto significativo en la distribución de PBB. Esto demuestra que el clima influye en qué bacterias se encuentran, dónde y en qué proporciones.
Para investigar cómo la diversidad y distribución de los PBB pueden cambiar durante el próximo siglo, los investigadores modelaron varios escenarios climáticos basados en grupos intergubernamentales sobre cambio climático. Según el escenario de desarrollo de combustibles fósiles, que supone el triple de emisiones de gases de efecto invernadero para 2075, el modelo predice que el PBB asociado con el control biológico y la resistencia al estrés disminuirá en un 0,60 por ciento en el 80 por ciento de la región mundial, frente al 0,07 por ciento en el escenario anterior. El escenario de sostenibilidad. . En todos los escenarios, se prevé que la región de latitudes medias disminuya gradualmente, mientras que se espera un aumento de PBB en las regiones polares y ecuatoriales.
Dini-Andreote señaló que esos estudios predictivos eran de gran alcance, pero advirtió que el modelo era limitado y debía validarse experimentalmente. Por ejemplo, en entornos controlados, los sistemas planta-suelo pueden quedar expuestos a climas cálidos o sequías, después de lo cual los investigadores pueden evaluar los cambios basándose en los impactos de la comunidad del PBB y las adaptaciones relacionadas con la gestión. Por otro lado, se requieren experimentos para saber cómo se verá afectado el PBB bajo tensiones relacionadas con el clima y en qué medida el agotamiento del PBB tendrá un impacto grave en la salud de las plantas.
Además de informar la investigación ecológica comunitaria, los investigadores dijeron que esperan promover la innovación agrícola y programas para mejorar la seguridad alimentaria. Pero es poco probable que esas innovaciones incluyan probióticos del suelo para restaurar la PBB reducida. Dini-Andreote dijo que estos bioinoculantes a menudo pueden tener algunas deficiencias, como la necesidad de una implementación continua. Además, sólo se puede cultivar una pequeña fracción de entre el 5 y el 10 por ciento de los microorganismos del suelo, lo que limita la evolución de los probióticos en todo el espectro.
Dini-Andreote ofrece una opción.
«Al promover nuestra comprensión de cómo estos diferentes PBB sobreviven en asociación con plantas, por ejemplo en la rizosfera vegetal, podemos desarrollar estrategias en ingeniería de cultivos para producir compuestos», dijo Dini-Andreote, que se alimentan de estos microorganismos beneficiosos.
Mediante este método, los investigadores sugirieron que las plantas podrían seleccionar bacterias beneficiosas sin necesidad de probióticos externos. Dini-Andreote dijo que el impacto potencial de un programa de este tipo es indescriptible, pero subraya la importancia de explorar los límites de la microbiología en rápido crecimiento.
«Esperamos que este documento actúe como catalizador para futuros estudios prácticos de los PBB», afirmó Dini-Andreote.
Seth Bordenstein, director del Centro de Microbiología One Health y Licenciado en Ciencias en Biología, y Dorothy Foehr Huck y la Cátedra J. Lloyd Huck en Ciencias del Microbioma, expresaron su entusiasmo y admiración por el trabajo.
«Este estudio de alto perfil es un testimonio de los poderosos y originales hallazgos del Dr. Dini-Andreote sobre la interacción de los microorganismos vegetales en el contexto de One Health, el alcance del suelo, las plantas y la salud humana», dijo Bordenstein. «Su visión para el estudio de las plantas hologenomas y la integración con datos ambientales y geográficos globales no sólo está impulsando el conocimiento a nivel de libro de texto, sino también creando conciencia sobre los desafíos de sostenibilidad respaldados por evidencia».
– Este comunicado de prensa se publicó por primera vez en el sitio web de Penn State.
