Reino Unido: Ingeniería de nuevas redes de señalización para producir cultivos que necesiten menos fertilizante
31 julio 2019 Una colaboración de investigación interdisciplinaria entre las universidades de Oxford y Cambridge ha diseñado una nueva vía sintética de señalización de microbios y plantas que podría sentar las bases para transferir la fijación de nitrógeno a los cereales.
Publicado en Comunicaciones de la naturaleza Hoy, el equipo de científicos de plantas, microbiólogos y químicos utilizó técnicas de biología sintética para diseñar y luego diseñar un diálogo molecular entre las plantas y las bacterias que rodean sus raíces en una zona llamada rizosfera. Este sistema de señalización sintética podría ser un paso vital hacia la ingeniería exitosa de la simbiosis fijadora de nitrógeno en cultivos no leguminosos como el trigo y el maíz.
Mejorar la microbiota de las raíces tiene un enorme potencial para mejorar el rendimiento de los cultivos en suelos pobres en nutrientes y reducir el uso de fertilizantes químicos.
El autor principal conjunto, el Dr. Barney Geddes, del Departamento de Ciencias Vegetales de Oxford, dijo: “Las plantas influyen en la microbiota de su rizosfera enviando señales químicas que atraen o suprimen microbios específicos. Diseñar plantas de cereales para que produzcan una señal para comunicarse y controlar las bacterias en sus raíces podría permitirles aprovechar los servicios de promoción del crecimiento de esas bacterias, incluida la fijación de nitrógeno.
“Para hacer esto, seleccionamos un grupo de compuestos que normalmente producen las bacterias en los nódulos de las leguminosas, llamados rizopinas. Primero tuvimos que descubrir la vía biosintética natural para la producción de rizopina y luego diseñar una vía sintética que se transfiriera más fácilmente a las plantas. Pudimos transferir la vía de señalización sintética a varias plantas, incluidos los cereales, y diseñar una respuesta de las bacterias de la rizosfera a la rizopina ".
La autora principal conjunta, la Dra. Amelie Joffrin, de Oxford desarrolló una nueva síntesis estereoselectiva de rizopina clave. Ella dijo: “La química sintética fue esencial para proporcionar compuestos que permitieran la investigación de la biosíntesis de rizopina y su transferencia de bacterias a plantas. En particular, las rizopinas producidas nos permitieron confirmar cuál era el enantiómero naturalmente activo (mano) de un compuesto bioactivo clave ".
El Dr. Ponraj Paramasivan, autor principal conjunto del Laboratorio Sainsbury de Cambridge, explicó cómo el equipo transfirió los genes de síntesis de rizopina a la cebada para evaluar si podían manipular la síntesis de rizopina en cereales.
“Confirmamos que la cebada se sintetizó y luego exudamos rizopina a su rizosfera”, dijo. “Luego medimos la señalización entre las raíces de la cebada y las bacterias de la rizosfera y descubrimos que se estaba produciendo un nivel significativo de comunicación en la mayoría de las colonias bacterianas. Estos resultados significan que potencialmente podríamos usar esta vía de señalización trans-reino para activar la microbiota de la raíz para fijar nitrógeno y una serie de otros servicios que promueven el crecimiento de las plantas, como la producción de antibióticos u hormonas o la solubilización de nutrientes del suelo.
“Una ventaja clave de esta vía de señalización sintética es que solo se beneficiará la planta de cultivo específica que está diseñada para producir la señal. Esto significa que las malezas que actualmente se benefician tanto como el cultivo objetivo de la aplicación de fertilizantes químicos, no se beneficiarán de estas asociaciones mejoradas entre plantas y microbios, ya que no producen esta nueva molécula de señalización para comunicarse con las bacterias ".
El trabajo futuro en los laboratorios de Poole, Oldroyd y Conway se centrará en cómo las plantas pueden controlar los procesos clave en las bacterias de las raíces, como la fijación de nitrógeno, la solubilización de fosfato y la promoción del crecimiento de las plantas. Esto abre el mundo del microbioma bacteriano y su diverso metabolismo al control de las plantas y en particular de los cereales. Es probable que sea un componente clave en los intentos de diseñar la fijación de nitrógeno en los cereales.
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