El microbioma del agroecosistema y su importancia en la agricultura sostenible

Abstract

Les plantes estableixen interaccions amb multitud de microorganismes que influeixen en el seu desenvolupament i supervivència, de manera que aquestes podrien ser considerades com a meta-organismes, la planta depèn de la seva microbiota per obtenir nutrients i com a escut envers malalties, entre altres, i a canvi, la planta li proporciona nutrients en forma d'exsudats que poden representa fins a un 21% del carbó que fixa fotosintèticament. Aquestes interaccions, tant amb la microbiota de les filosfera com la de la rizosfera, són crucials per a la salut de les plantes, la seva adaptació a l'estrès biòtic i abiòtic, així com un element bàsic per aconseguir una agricultura sostenible.

En aquest estudi s'ha caracteritzat la microbiota bacteriana i fúngica associada a la filosfera de dos arbres fruiters, Malus domestica i Pyrus communis, al llarg del seu desenvolupament fenològic, mitjançant tres aproximacions moleculars diferents. Els resultats obtinguts són equivalents per a les tres metodologies pel que fa a la composició taxonòmica de les comunitats microbianes. S'ha definit el core del microbioma per a ambdues espècies vegetals. Dins d'aquest, cal ressaltar la presència de gènere Deinococcus al core del bacterioma, a diferència d'estudis previs i s'ha descrit per primera vegada el core de'l micobioma de la filosfera. S'han establert dos models per explicar la successió microbiana al llarg de tot el cicle vegetatiu de l'arbre, així com biomarcadors representatius per a cada un d'ells.

D'altra banda, s'ha descrit el microbioma de la rizosfera de sòls conductius i supresius per al nematode fitopatógeno Meloidogyne spp., observant marcades diferències entre ells. S'ha caracteritzat el core, destacant la presència de Sporosarcina, Pseudombrophila, Chaetomaiaceae, Cladosporium i Morteriellaceae, com a característics en sòls supresivos. Pel que fa als biomarcadors indicatius de la condició de supressivitat s'han identificat els següents taxons, Acidobacteri, Actinobacteria, Firmicutes, Cladosporium, Pyrenochaeta, Arachniotus, Pseudogymnoascus, Pseudombrophila i Morteriella.

Finalment, es va realitzar uns assajos en test per valorar l'impacte de l'agent de biocontrol contra Meloidogyne incognita, Trichoderma asperellum, sobre la microbiota de la rizosfera de Solanum lycopersicum, on a més es tenien en compte dues variables, la tipologia de terra supressiu i la varietat vegetal (resistent o sensible a el patogen). Els resultats obtinguts han posat de manifest que els factors determinants en la composició taxonòmica de la microbiota de terra rizosfèric són en ordre decreixent d'importància, la tipologia de terra i la varietat vegetal. No s'ha pogut valorar l'efecte de Trichoderma asperellum donada la manca de prevalença d'aquest agent de biocontrol a terra.

Las plantas establecen interacciones con multitud de microorganismos que influyen en su desarrollo y supervivencia, de manera que estas podrían ser consideradas como metaorganismos, la planta depende de su microbiota para obtener nutrientes y como escudo contra enfermedades, entre otros, y a cambio, la planta le proporciona nutrientes en forma de exudados que pueden representar hasta un 21% del carbono que fija fotosintéticamente. Dichas interacciones, tanto con la microbiota de las filosfera como la de la rizosfera, son cruciales para la salud de las plantas, su adaptación al estrés biótico y abiótico, así como un elemento básico para conseguir una agricultura sostenible.

En este estudio se ha caracterizado la microbiota bacteriana y fúngica asociada a la filosfera de dos árboles frutales, Malus domestica y Pyrus communis, a lo largo de su desarrollo fenológico, mediante tres aproximaciones moleculares diferentes. Los resultados obtenidos son equivalentes para las tres metodologías en cuanto a la composición taxonómica de las comunidades microbianas. Se ha definido el core del microbioma para ambas especies vegetales. Dentro de este, cabe resaltar la presencia de género Deinococcus en el core del bacterioma, a diferencia de estudios previos y se ha descrito por primera vez el core del micobioma de la filosfera. Se han establecido dos modelos para explicar la sucesión microbiana a lo largo del ciclo vegetativo del árbol, así como biomarcadores representativos para cada uno de ellos.

Por otro lado, se ha descrito el microbioma de la rizosfera de suelos conductivos y supresivos para el nematodo fitopatógeno Meloidogyne spp., observándose marcadas diferencias entre ellos. Se ha caracterizado el core, destacando la presencia de Sporosarcina, Pseudombrophila, Chaetomaiaceae, Cladosporium y Morteriellaceae, como característicos en suelos supresivos. Respecto a los biomarcadores indicativos de la condición de supresividad se han identificado los siguientes taxones, Acidobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Cladosporium, Pyrenochaeta, Arachniotus, Pseudogymnoascus, Pseudombrophila y Morteriella.

Finalmente, se realizó unos ensayos en maceta para valorar el impacto del agente de biocontrol contra Meloidogyne incognita, Trichoderma asperellum, sobre la microbiota de la rizosfera de Solanum lycopersicum, donde además se tenían en cuenta dos variables, la tipología del suelo supresivo y la variedad vegetal (resistente o sensible al patógeno). Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto que los factores determinantes en la composición taxonómica de la microbiota del suelo rizosferico son en orden decreciente de importancia, la tipología del suelo y la variedad vegetal. No se ha podido valorar el efecto de Trichoderma asperellum dada la falta de prevalencia de este agente de biocontrol en el suelo.

Plants establish interactions with a multitude of microorganisms that influence their development and survival, so that these could be considered as meta-organisms, the plant depends on its microbiota to obtain nutrients and as a shield against diseases, among others, and in return, the plant provides it with nutrients as exudates, that can represent up to 21% of the carbon it fixes photosynthetically. Such interactions, both with the phyllosphere and rhizosphere microbiota, are crucial for the health of plants, their adaptation to biotic and abiotic stresses, as well as a basic element for achieving sustainable agriculture.

In this study, the bacterial and fungal microbiota associated with the phyllosphere of two fruit trees, Malus domestica and Pyrus communis, have been characterized throughout their phenological development, using three different molecular approaches. The results obtained are equivalent for the three methodologies regarding the taxonomic composition of the microbial communities. The core of the microbiome has been defined for both plant species. Within this, it is worth to highlight the presence of the genus Deinococcus in the core of the bacteriome, unlike previous studies and the core of the mycobiome of the phyllosphere has been described for the first time. Two models have been established to explain the microbial succession along the vegetative cycle of the tree, as well as representative biomarkers for each of them.

On the other hand, the rhizosphere microbiome of conductive and suppressive soils has been described for the phytopathogenic nematode Meloidogyne spp., obbserving marked differences between them. The core has been characterized, highlighting the presence of Sporosarcina, Pseudombrophila, Chaetomaiaceae, Cladosporium and Morteriellaceae, as characteristic in suppressive soils. Regarding the biomarkers indicative of the suppressive condition, the following taxa have been identified: Acidobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Cladosporium, Pyrenochaeta, Arachniotus, Pseudogymnoascus, Pseudombrophila and Morteriella.

Finally, a pot assay was carried out to assess the impact of the biocontrol agent against Meloidogyne incognita, Trichoderma asperellum, on the microbiota of the rhizosphere of Solanum lycopersicum, where two variables were also considered, the type of suppressive soil and the variety plant (resistant or sensitive to the pathogen). The results obtained have shown that the determining factors in the taxonomic composition of the rhizospheric soil microbiota are, in decreasing order of importance, the typology of the soil and the vegetable variety. The effect of Trichoderma asperellum could not be evaluated given the lack of prevalence of this biocontrol agent in the soil.