Uma equipe internacional de pesquisadores do Instituto Max Planck para Pesquisa em Melhoramento de Plantas e da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, descobriu que as bactérias da microbiota vegetal são adaptadas às espécies hospedeiras. Em um estudo publicado recentemente, eles mostram como as bactérias associadas à raiz têm uma vantagem competitiva ao colonizar seu hospedeiro nativo, o que lhes permite invadir uma microbiota já estabelecida.
As plantas, incluindo culturas como arroz e trigo, obtêm seus nutrientes minerais essenciais e água por meio de suas raízes, tornando-as uma importante interface entre as plantas e o ambiente do solo. As raízes das plantas terrestres se associam a uma ampla gama de micróbios - incluindo bactérias - que são recrutados do solo ao redor e se agrupam em comunidades estruturadas conhecidas como microbiota raiz. Essas comunidades microbianas são sustentadas pelo hospedeiro da planta, que as fornece nutrientes, principalmente na forma de compostos de carbono orgânico secretados pela raiz. Por sua vez, essas bactérias comensais medeiam vários processos que são benéficos para o hospedeiro da planta, como fornecer defesa contra patógenos, melhorar a mobilização de nutrientes do solo e impactar positivamente o crescimento.
Dada a sua importância para a saúde das plantas, o estudo da microbiota das raízes evoluiu para um campo de pesquisa promissor que visa entender como essas interações ocorrem e, eventualmente, pode ajudar a aumentar o rendimento e a resiliência das plantas cultivadas. Embora seja bem conhecido que as plantas secretam diversas pequenas moléculas no solo por meio de suas raízes que servem como quimioatraentes para a colonização de raízes por um subconjunto de bactérias que vivem no solo, o grau de seleção ativa realizada pelo hospedeiro e a extensão em que as raízes associadas comunidades microbianas são adaptadas a espécies de plantas específicas permanecem em grande parte desconhecidas. Em um novo estudo publicado na Nature Microbiology, uma equipe de pesquisadores do Departamento de Interações entre Plantas e Micróbios do MPIPZ em Colônia, Alemanha, e da Universidade de Århus, na Dinamarca, teve como objetivo obter uma compreensão mais profunda dessas complexas interações multiespécies.
Como um primeiro passo nessa busca, eles estabeleceram uma coleção abrangente de bactérias derivadas de raízes da leguminosa modelo Lotus japonicus, uma pequena proporção das quais são bactérias simbióticas que fixam o nitrogênio atmosférico para o crescimento das plantas. Junto com uma coleção de cultura já estabelecida de raízes do modelo crucifer Arabidopsis thaliana, comunidades microbianas sintéticas (SynComs) foram projetadas para explorar a montagem da microbiota de diferentes espécies de plantas. Embora as comunidades bacterianas das duas plantas fossem semelhantes, os pesquisadores observaram uma clara preferência dessas bactérias em colonizar seu hospedeiro nativo. Essa preferência foi mediada por uma maior competitividade demonstrada por múltiplas espécies bacterianas ao colonizarem seu hospedeiro de origem em comparação com aquelas originalmente isoladas do outro hospedeiro.
Surpreendentemente, a preferência do hospedeiro só foi observada em um contexto de comunidade, onde diferentes micróbios competem entre si, mas não quando espécies bacterianas individuais foram autorizadas a colonizar as raízes das plantas na ausência de competição. A análise da expressão gênica de ambas as espécies de plantas ao interagir com diferentes comunidades sintéticas mostrou ainda que esse processo foi pelo menos em parte conduzido pelo hospedeiro. Curiosamente, a colonização de raízes por SynComs nativos e não nativos exibiu perfis de expressão gênica contrastantes para uma série de reguladores bem conhecidos da imunidade de plantas.
Com base nesta observação, os autores levantaram a hipótese de que as cepas nativas têm uma vantagem competitivaao colonizar as raízes de sua planta hospedeira correspondente por meio da formação de nichos de hospedeiros específicos da espécie. Para testar esta hipótese, os cientistas realizaram uma série de experimentos complexos, onde SynComs de diferentes espécies hospedeiras foram autorizados a invadir comunidades bacterianas associadas a raízes já estabelecidas em plantas hospedeiras e não hospedeiras. Seus resultados mostraram que os SynComs nativos tiveram uma vantagem competitiva ao invadir uma microbiota já estabelecida em sua planta hospedeira, indicando que a adaptação de bactérias comensais às suas espécies de plantas nativas leva a um aumento da invasividade e persistência.
Kathrin Wippel, primeira autora do estudo, disse: "Ficamos surpresos ao saber que a colonização de raízes por SynComs nativos e não nativos resultou em reprogramação transcricional diferencial de raízes de plantas, possivelmente contribuindo para a formação de nichos específicos de raiz para bactérias comensais nativas. Essas descobertas indicam que diversas bactérias que vivem no solo se associam e preferem uma planta hospedeira específica, semelhante a patógenos ou simbiontes benéficos de plantas. "
Essas descobertas podem ter um impacto significativo na agricultura, pois destacam a importância da competitividade entre diferentes bactérias e o impacto da preferência do hospedeiro para uma colonização bem-sucedida de raízes. Inoculantes probióticos adaptados a plantas de cultivo específicas com uma capacidade aprimorada de invadir e persistir em comunidades microbianas em pé podem ajudar a superar a variação na eficácia dos produtos biológicos usados ??atualmente na agricultura.
