Se cree que las bacterias que benefician a las plantas contribuyen de manera fundamental a los cultivos y otros ecosistemas, pero el cambio climático puede reducir su número, según un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de investigadores. Han publicado sus hallazgos en Nature Food .
por Vanessa García, Universidad Estatal de Pensilvania
La colaboración, que incluyó a Francisco Dini-Andreote, profesor de ciencias vegetales en Penn State, caracterizó la abundancia y distribución de bacterias beneficiosas para las plantas (PBB) de suelos recolectados 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.
Aprovechando los datos existentes del Proyecto Microbioma Terrestre , los investigadores identificaron microbios que pueden brindar servicios a las plantas como control biológico o limitación del impacto de patógenos, promoción del crecimiento de las plantas y resistencia al estrés. Dichos servicios implican a estas bacterias como componentes clave de los agroecosistemas productivos, que producen principalmente alimentos.
«Las plantas son colonizadas por un conjunto diverso de microbios en sus raíces, hojas y tallos», dijo Dini-Andreote. «Estos microbiomas asociados a plantas representan una extensión de la capacidad metabólica de las plantas, a menudo denominada ‘el segundo genoma de las plantas'».
Esta noción se hace eco del concepto de hologenoma, que considera el conjunto total de genes contenidos por un organismo y su microbioma asociado para hacer inferencias sobre la salud y la evolución del organismo. Según los investigadores, caracterizar la biogeografía de PBB prepara el escenario para comprender las variables que gobiernan los patrones de la comunidad microbiana global y predecir su futuro en un mundo que cambia rápidamente.
Su análisis reveló varias tendencias en la diversidad de PBB, incluidos niveles más altos de diversidad y riqueza en latitudes más bajas, con la mayor concentración en América del Norte y África. Se identificaron un total de 396 géneros, rango taxonómico superior al nivel de especie.
Los investigadores descubrieron que las variables ambientales locales (el clima, en particular) eran fuertes predictores de la composición de la comunidad de PBB y probablemente ejercían fuertes influencias en la distribución de PBB. Esto sugiere que el clima influye en qué bacterias se encuentran, dónde y en qué proporción.
Para investigar cómo pueden cambiar las abundancias y distribuciones de PBB durante el próximo siglo, los investigadores modelaron varios escenarios climáticos basados en proyecciones del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático .
En el escenario de desarrollo basado en combustibles fósiles, que supone que se triplicarán las emisiones de gases de efecto invernadero para 2075, el modelo predijo que el PBB asociado con el biocontrol y la resistencia al estrés disminuiría un 0,60% en el 80% de las regiones del mundo, frente al 0,07% en un escenario de sostenibilidad. En todos los escenarios, se prevé que las regiones de latitudes medias experimenten disminuciones constantes, mientras que se prevén aumentos de PBB en las regiones polares y ecuatoriales.
Dini-Andreote señaló que los estudios predictivos como este tienen un gran impacto, pero advirtió que los modelos son limitados y deben validarse experimentalmente. Por ejemplo, en entornos controlados, los sistemas planta-suelo pueden quedar expuestos a condiciones de calentamiento o sequía, después de lo cual los investigadores pueden evaluar cambios basados en el impacto y la adaptación de las comunidades de PBB en relación con los controles.
En otras palabras, se requiere experimentación para saber cómo se verá afectado el PBB bajo estrés relacionado con el clima y qué niveles de disminución del PBB tendrán un impacto crítico en la salud de las plantas.
Además de informar la investigación sobre ecología comunitaria, los investigadores dijeron que esperan generar innovación agrícola y aplicaciones para una mayor seguridad alimentaria. Pero es poco probable que esas innovaciones incluyan probióticos del suelo para restaurar la disminución del PBB.
Dini-Andreote dijo que estos bioinoculantes a menudo pueden tener varias desventajas, como la necesidad de una aplicación continua. Además, sólo se puede cultivar una pequeña fracción, alrededor del 5% al 10%, de los microbios del suelo, lo que limita el desarrollo de probióticos de espectro completo.
Dini-Andreote ofreció una alternativa.
«Al mejorar nuestra comprensión de cómo estos distintos PBB sobreviven en asociación con plantas, por ejemplo en la rizosfera vegetal, podemos desarrollar estrategias para diseñar cultivos que produzcan compuestos que alimenten a estos microbios beneficiosos», dijo Dini-Andreote.
A través de este enfoque, sugirieron los investigadores, las plantas podrían reclutar bacterias beneficiosas sin necesidad de aportes externos de probióticos. Los impactos potenciales de aplicaciones como esta son incalculables, dijo Dini-Andreote, pero subrayan la importancia de explorar la frontera de los microbiomas que avanza rápidamente.
«Esperamos que este artículo sirva como catalizador para más estudios empíricos sobre los PBB», afirmó Dini-Andreote.
Seth Bordenstein, director del One Health Microbiome Center y profesor de biología y entomología que ocupa la Cátedra Dorothy Foehr Huck y J. Lloyd Huck en Ciencias del Microbioma, se hizo eco del sentimiento y elogió el trabajo.
«Esta investigación de alto perfil es un testimonio de la impactante y original investigación del Dr. Dini-Andreote sobre las interacciones entre plantas y microbios en el contexto de One Health, que abarca el suelo, las plantas y la salud humana», dijo Bordenstein. «Su visión de los estudios de hologenomas de plantas y su integración con datos ambientales y geográficos globales no sólo impulsa el conocimiento a nivel de libro de texto, sino que también hace sonar la alarma sobre los desafíos de sostenibilidad respaldados por evidencia».
Más información: Pengfa Li et al, Los escenarios dependientes de combustibles fósiles podrían conducir a una disminución significativa de la abundancia global de bacterias beneficiosas para las plantas en los suelos para 2100, Nature Food (2023). DOI: 10.1038/s43016-023-00869-9
