Los hongos endofíticos remodelan la microbiota central del sistema de raíces para promover el crecimiento del maní y la resistencia a enfermedades

Los hongos endofíticos remodelan la microbiota central del sistema radicular para promover el crecimiento del maní y la resistencia a enfermedades.

Las comunidades microbianas asociadas a las plantas suelen ser consideradas como extensiones de los propios genes y funciones del cuerpo de la planta que son críticos para su crecimiento, desarrollo y resistencia inmune a enfermedades. Además del microbioma inter-radicular ampliamente explorado, el microbioma endofítico del sistema de raíces de la planta, que tiene la ventaja de coevolucionar con el huésped vegetal en condiciones ambientales nativas, ha generado mayores expectativas en la regulación del crecimiento de las plantas y la resistencia a enfermedades. Los endófitos vegetales afectan directa o indirectamente al crecimiento y desarrollo de las plantas, y sus valores funcionales van desde mejorar la resistencia a enfermedades hasta promover el crecimiento de las plantas a través de la fijación de nitrógeno o la síntesis de hormonas y enzimas. Entre ellos, la influencia de los hongos endofíticos en el metabolismo de las plantas y su amplia cobertura de redes miceliares en las plantas les otorgan el potencial de actuar como mediadores entre el huésped y el microbioma endosimbiótico, mientras que las bacterias endofíticas en el microbioma endosimbiótico proporcionan una amplia gama de funciones de servicios ecológicos al huésped debido a su gran diversidad. Sin embargo, el desequilibrio y la interrupción funcional de estas comunidades microbianas pueden llevar a un crecimiento y desarrollo de las plantas deteriorados, lo que resulta en brotes de enfermedades y pérdida de rendimiento. La aplicación de probióticos vegetales es reconocida como una estrategia sostenible de cultivo agrícola, y los efectos positivos de los probióticos en las plantas huésped van mucho más allá de la función de un solo microorganismo. Existe evidencia creciente de que la remodelación del microbioma bajo diferentes condiciones ambientales es crucial para los servicios ecológicos beneficiosos de los probióticos vegetales.

El hongo endofítico Phomopsis liquidambaris fue capaz de aliviar significativamente las barreras de producción causadas por el cultivo continuo en cacahuetes y aumentar el rendimiento de los cacahuetes. La colonización efectiva de este endófito puede promover el crecimiento de las plantas, el crecimiento de raíces laterales y pelos radiculares, la absorción y metabolismo del nitrógeno, así como aumentar la resistencia de las plantas a los estreses bióticos y abióticos, entre otros efectos beneficiosos. Sin embargo, se sabe poco sobre la composición microbiana del núcleo endofítico de la raíz y los efectos de su variación en la salud de las plantas. Los investigadores plantearon la hipótesis de que la colonización de P. liquidambaris podría remodelar la comunidad microbiana endofítica central de la raíz a favor de la adaptación de las plantas, capacitando a las plantas para prosperar en suelos continuos.

Los investigadores evaluaron los efectos de la inoculación de moldes de nódulos de tallo imitadores de arce endofítico en el crecimiento de plantas de cacahuete en suelos continuos y encontraron que la altura y la biomasa de las plantas continuas eran significativamente más bajas que las de las plantas no continuas. Sin embargo, para el grupo de tratamiento inoculado con P. liquidambaris, las plantas de cacahuete mostraron una mejor ventaja de crecimiento en altura y biomasa en todas las etapas reproductivas, que fueron significativamente más altas que las del grupo de tratamiento de control, y el rendimiento final del cultivo también fue significativamente mayor. Estos resultados demostraron que P. liquidambaris promueve el crecimiento del cacahuete y lo protege de enfermedades en condiciones de cultivo continuo. Mientras tanto, se exploró la aparición de la pudrición de raíces y enfermedades de manchas foliares del cacahuete sin tratamiento. En comparación con el grupo de tratamiento de plantación no continua, la gravedad de la enfermedad de manchas foliares en el momento de la formación de vainas y la pudrición de raíces en la etapa de plántula aumentó significativamente en el cacahuete cultivado en plantación continua, y la gravedad de la enfermedad aumentó en un 47,62% y un 113,37%, respectivamente. Sin embargo, la gravedad de las enfermedades de manchas foliares y pudrición de raíces del cacahuete en suelo continuo inoculado con P. liquidambaris disminuyó significativamente en un 27,41% y un 62,5%, respectivamente, en comparación con el suelo continuo. Además, el contenido relativo de hongos patógenos en el suelo de Fusarium acuminatum y la antracnosis de Colletotrichum se redujo significativamente después de la inoculación con P. liquidambaris, con una reducción del contenido relativo del 48,2% y el 70,16%, respectivamente.

Fig. 1 Efecto promotor de P. liquidambaris en el crecimiento y la resistencia a enfermedades de las plantas de maní.

Además, los investigadores examinaron el efecto de la inoculación de P. liquidambaris en la comunidad bacteriana endofítica del maní, y encontraron que la composición de la comunidad bacteriana endofítica del maní difería significativamente entre los tratamientos, lo que sugiere que la colonización de P. liquidambaris desencadenó cambios en la comunidad bacteriana endofítica en diferentes etapas de crecimiento de la planta, e indujo la proliferación de bacterias beneficiosas potenciales como las rizobacterias de crecimiento lento y los estreptomicetos. El análisis de NetShift indicó que Burkholderia spp., Rhizobium spp. de crecimiento lento, Pseudomonas spp. y Streptomyces spp. pueden ser los taxones clave en la microbiota central endofítica del sistema radicular del maní. Para evaluar el efecto de las bacterias endofíticas asociadas a P. liquidambaris en la salud de las plantas de maní, se seleccionaron 30 cepas de Burkholderia spp, Rhizobium spp de crecimiento lento, Pseudomonas spp, Bacillus spp y Bacillus spp relacionadas con la flora central. Entre ellas, 15 cepas fueron capaces de fijar nitrógeno, 15 cepas fueron capaces de solubilizar fósforo inorgánico, 10 cepas fueron capaces de producir quitinasa, 11 cepas fueron capaces de producir xilanasa y 6 cepas fueron capaces de producir celulasa.

Diez de estas cepas con potenciales actividades de promoción del crecimiento o bacteriostáticas fueron seleccionadas para construir una colonia sintética. El peso fresco de las raíces de cacahuete tratadas con la colonia sintética fue un 37,08% mayor que el del tratamiento no inoculado; el peso fresco de las plantas aumentó en un 34,06%. Además, la inoculación de colonias sintéticas redujo la aparición de la pudrición de raíces de cacahuete y el contenido de Fusarium acnes en el suelo, y fue capaz de promover el desarrollo de las raíces de cacahuete. El hongo endofítico P. liquidambaris solo y la flora sintética redujeron la gravedad de la pudrición de raíces de cacahuete en un 51,26% y un 57,46%, respectivamente. En la madurez del cacahuete, la aplicación de la flora micorrízica sintética aumentó significativamente la biomasa aérea, la biomasa de raíces y el rendimiento de cacahuetes en un 35,56%, 81,19% y 34,31%, respectivamente.

Este estudio proporciona una nueva perspectiva para revelar los múltiples efectos beneficiosos de los probióticos, es decir, los hongos endofíticos como inductores utilizados para mejorar el microbioma endofítico central del sistema radicular, promoviendo así el crecimiento de las plantas y la resistencia a enfermedades.

Fig. 2 Efectos de resistencia a enfermedades y promoción del crecimiento de la flora sintética.