La próxima ola de innovaciones en la ciencia de los cultivos puede provenir no del cruzamiento de plantas o la reprogramación de sus genes, sino modificando los microbios que viven en ellos. sobre y alrededor de ellos.
Sí, las plantas tienen microbiomas, también, y esos miles de millones de pequeños autostopistas pueden ayudarlos a crecer y luchar contra los patógenos invasores. Los investigadores están tratando de comprender estas comunidades microbianas y ajustarlas para ayudar a que las plantas se vuelvan más resistentes a la sequía. calor e infección. A medida que las enfermedades de los cultivos se propagan debido a la globalización y el cambio climático, Las plantas resistentes a enfermedades con microbiomas fortificados pueden volverse vitales para garantizar un suministro constante de alimentos para una población humana en crecimiento.
“Creo que el futuro consiste en equipar las plantas con microbiomas productivos y equilibrar a toda la comunidad, ”Dice Tomislav Cernava, microbiólogo de la Universidad Tecnológica de Graz en Austria.
Los microbios asociados a plantas han sido un área fértil de investigación durante décadas. Los investigadores de plantas han identificado microbiomas en el suelo, que puede ayudar a las plantas a adquirir nutrientes como el nitrógeno y los hongos asociados a las raíces que pueden ayudar a las plantas a comunicarse entre sí. Pero una investigación reciente también ha estado mirando dentro de las semillas para aprender más sobre los microbios que se apiñan allí.
Cernava y su equipo describieron el microbioma de las semillas de arroz en un nuevo artículo publicado en enero en Plantas de la naturaleza . Su equipo no solo buscaba un microbioma en cualquier lugar donde pudiera encontrar uno, sin embargo, estaba tratando de resolver un acertijo.
Los científicos chinos habían descubierto que algunas plantas de arroz en la provincia costera de Zhejiang estaban fallando debido a una infección por una bacteria llamada Burkholderia plantarii , mientras que otros eran inmunes. Las plantas deberían haber sido idénticas; habían sido cultivados del mismo cultivar, o cepa, de semillas y eran gemelos genéticos.
En un examen más detenido, Cernava descubrió que las plantas susceptibles a la infección tenían un microbioma de semillas diferente. Específicamente, las plantas susceptibles tenían cantidades más bajas de un grupo de bacterias llamado Sphingomonas , que mantuvo a raya a las bacterias patógenas mediante la producción de un ácido que impidió que los invasores produjeran tropolona, una sustancia química que atrofia el crecimiento de las plantas de arroz.
La inmunidad de la infección podría transferirse a plantas susceptibles agregando más Sphingomonas a su microbioma o añadiendo el ácido protector directamente a la planta susceptible.
Ese último paso es lo que anima a algunos investigadores:transferir inmunidad al alterar el microbioma, especialmente en la naturaleza, ha sido un objetivo difícil de alcanzar. "Este es uno de los pocos casos en los que realmente funciona en el campo, "Dice Sheng-Yang He, un biólogo de plantas de la Universidad de Duke que no participó en el estudio.
Los investigadores han observado previamente la inmunidad protectora de las bacterias y han aislado las especies responsables. Pero cuando llega el momento de utilizar las bacterias como intervención en un sistema más complicado con bacterias y plantas silvestres, a menudo no funciona, Dice el, quizás porque las condiciones ambientales, o comunidades microbianas residentes, son diferentes.
Cada especie es solo una parte de una comunidad de microbiomas mucho más grande, que puede afectar la forma en que interactúa con las plantas, según Matt Agler, investigador de microbiomas vegetales en la Universidad Friedrich Schiller de Jena en Alemania.
Comprender cómo una comunidad microbiana trabaja unida es vital para los investigadores y agricultores que esperan aprovechar el microbioma. dice Agler. Si bien se puede encontrar que las especies individuales tienen efectos particulares, hay muchas amenazas que una planta puede enfrentar, y diferentes microbios podrían ayudar a las plantas en diferentes escenarios. "Nunca se sabe lo que vendrá en esta temporada de cultivo, ”, Agrega Agler.
Si los investigadores pueden encontrar formas de navegar estas complejidades, el microbioma podría convertirse en un terreno fértil para una amplia gama de intervenciones para apuntalar el suministro de alimentos. Eso podría resultar crucial. A pesar de que los humanos han estado criando plantas selectivamente para producir características más deseables para 10, 000 años, Las intervenciones de hoy en día ocurren principalmente en el laboratorio a través de técnicas de ingeniería genética que enfrentan la oposición de un número significativo de estadounidenses. En una encuesta del Pew Research Center de 2016, El 39 por ciento de los encuestados cree que los transgénicos son peores para su salud que otros alimentos, a pesar de que la mayoría de los científicos están de acuerdo en que están a salvo.
Los ajustes a los microbiomas de las plantas pueden ser un enfoque mucho menos controvertido, dicen los investigadores. “Olvídese de la ingeniería genética, "Dice Duke's He. "Si podemos trasplantar ese tipo de comunidad [microbiana] a plantas que normalmente no tienen esa comunidad, ¿No sería maravilloso? "
Ya hay algunas empresas que están aprovechando el poder de los microbios para los agricultores, vendiendo bacterias y hongos como pesticidas orgánicos o semillas recubiertas de bacterias útiles para proporcionar nutrientes.
Pero desde Sphingomonas las bacterias viven en el interior de las semillas de arroz, la inmunidad que proporciona se puede transmitir de generación en generación de plantas de arroz. La alteración de los microbiomas interiores podría ser más como una sola vez, medida preventiva, en lugar de un medicamento para ser utilizado constantemente.
Cernava cree que el trabajo de su equipo puede que algún día esté disponible comercialmente para ayudar a proteger los cultivos de arroz, y espera que la naturaleza pueda seguir inspirando nuevas innovaciones en la agricultura.
"Creo que en el futuro, " él dice, "Deberíamos intentar aprender de la naturaleza".
