El estudiante de la Universidad de Delaware, Jonathon Cottone, conoce los signos reveladores de que las plantas de arroz se están enfermando: las hojas amarillentas, las leves lesiones en forma de balón de fútbol.
Cottone, un estudiante de tercer año de Wilmington, Delaware, está trabajando con Harsh Bais, profesor asociado de ciencias de plantas y suelos en la UD, en una investigación para ayudar a este grano de importancia mundial a hacer frente al estrés creciente.
Recientemente, el equipo de la UD descubrió que cuando las plantas de arroz están sujetas a múltiples amenazas, incluidas concentraciones crecientes de arsénico venenoso en el agua y el suelo, una preocupación urgente en el sudeste asiático, además de una enfermedad fúngica llamada explosión del arroz, las plantas no set necesariamente goners.
Más bien, los investigadores de la UD han demostrado por primera vez que se puede aplicar una combinación de microbios beneficiosos del suelo a las plantas infectadas para aumentar sus defensas naturales, combatiendo ambos problemas.
Los hallazgos, publicados en Fronteras en la ciencia vegetal , brinde nueva evidencia sobre el beneficio potencial del "bioapilamiento": unir múltiples microbios para proteger a las plantas del estrés. La investigación también brinda más apoyo para un enfoque natural y libre de químicos para proteger un cultivo que más de la mitad de la población mundialdepende de la comida.
Un 'cóctel saludable' para plantas de arroz
"Queríamos ver si podíamos usar un enfoque combinatorio, un 'cóctel' de organismos, que ayudaría a las plantas de arroz con dos tensiones simultáneas atacándolas", dijo Bais, desde su laboratorio en el Instituto de Biotecnología de Delaware.
Además de Bais y Cottone, el equipo incluía a Venkatachalam Lakshmanan, un ex investigador postdoctoral en la UD que ahora trabaja en la Fundación Samuel Roberts Noble con sede en Oklahoma.
Anteriormente, el equipo de la UD identificó dos especies de bacterias que vienen al rescate de las plantas de arroz cuando las plantas están bajo ataque. Los dos microbios habitan naturalmente en la rizosfera, el suelo alrededor de las raíces de las plantas.
Pseudomonas chlororaphis EA105 puede desencadenar una defensa en todo el sistema contra el hongo del tizón del arroz, que destruye suficiente arroz para alimentar a aproximadamente 60 millones de personas cada año.
EA105 inhibe la formación de la maquinaria de ataque del hongo, la apresoría, que actúa como un ariete, ejerciendo presión sobre una hoja de la planta hasta que se perfora.
Un segundo microbio, EA106, moviliza una placa de hierro, o escudo, para comenzar a acumularse en las raíces de las plantas de arroz cuando hay arsénico presente, bloqueando efectivamente la absorción del veneno.
"Lo que está sucediendo en el sudeste asiático debido a los altos niveles de arsénico en el agua y el suelo se ha calificado como el mayor envenenamiento masivo de la historia", dijo Bais. "El microbio EA106 tiene múltiples beneficios. El escudo de hierro que despliega bloquea el arsénico. Este hierro, absorbido en el grano de arroz, podría ayudar a abordar otro gran problema de salud en muchos países en desarrollo: la deficiencia de hierro ".
En sus estudios de laboratorio con plantas de arroz cultivadas hidropónicamente, el equipo de la UD trató las plantas con arsénico y luego las trató con EA105 y EA106. Siete días después, infectaron las mismas plantas con la enfermedad de las ráfagas. En el camino, examinaron la genética generalrespuestas cuando se incorporaron el arsénico, las bacterias beneficiosas y las enfermedades fúngicas. Los datos resultantes mostraron claramente que el cóctel microbiano podría reforzar las defensas de las plantas contra la enfermedad del arsénico y del añublo del arroz.
Pero hubo algunas sorpresas. Por ejemplo, los investigadores pensaron que si las plantas de arroz absorbían arsénico, el veneno podría ser perjudicial para el hongo explosivo. Pero ese no fue el caso.
La capacidad del hongo explosivo para tolerar el arsénico es una historia directa de la evolución, según Bais.
El hongo se ha vuelto cada vez más resistente al arsénico con el tiempo.
"Para prevenir la toxicidad del arsénico, creemos que el hongo puso el arsénico en 'una casa segura', almacenándolo en su vacuola, antes de que la toxina se cargue en el grano", explicó Bais.
Protección de un cultivo básico
Entonces, ¿cómo se podrían aplicar microbios beneficiosos como EA105 y EA106 para proteger las plantas de arroz? Un tratamiento de semillas, o recubrimiento microbiano, sería la ruta más práctica para formular un producto económico y efectivo, dijo Bais.
El próximo semestre, Bais viajará a su hogar en la India durante un período sabático para dar charlas en universidades, colaborar en investigaciones y reunirse con personas que trabajan en el campo.
"Una oportunidad real para la próxima generación de agricultura sostenible de la India será esta área de probióticos de plantas, que utiliza microbios que se encuentran naturalmente en el suelo para ayudar a las plantas", dijo Bais.
Mientras tanto, Cottone, quien recientemente fue nombrado Académico Ambiental de DENIN en la UD, continuará su investigación en el laboratorio de Bais, hablando por Skype con Bais mientras esté fuera.
Irónicamente, Cottone no sabía mucho sobre plantas hasta que tomó el curso de introducción a la botánica de Bais el año pasado. Entonces se le abrió un mundo completamente nuevo y ahora ha decidido seguir una doble especialización en ciencias de las plantas y ciencias animales.
"Este trabajo tiene una gran inclinación humanitaria en el sentido de que la mayoría de los países afectados por el envenenamiento por arsénico son países en desarrollo", dijo Cottone. "Así que este trabajo realmente podría ayudar a muchas personas que realmente no están en condiciones de ayudarse a sí mismas"."
"Jonathon está haciendo un trabajo fantástico", dijo Bais. "Trabaja muchas horas. Ahora domina cómo cultivar arroz y administra todo el invernadero. Ya es coautor de un artículo científico cuando era estudiante".
Y tiene mucho espacio para flexionar sus músculos de investigación. Las complejas relaciones entre las plantas y los microorganismos que viven con ellas, su "microbioma", brindan innumerables vías para explorar en la búsqueda de mejorar la salud de las plantas.
"Las plantas están expuestas a múltiples tensiones en estos días, muchas de ellas impulsadas por el cambio climático. Las plantas simplemente están confundidas. No saben qué hacer", dijo Bais. "Estamos tratando de ayudarlas a sobrellevar la situación".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Original escrito por Tracey Bryant. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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