Leguminosa perteneciente a la subfamilia Mimosoideae, M. schelata

La microbiota de nuestros suelos

La microbiota de nuestros suelos

En Uruguay y en todo el mundo, existen un número importante de microorganismos que pueden promover el crecimiento de las plantas. Al igual que  en otras áreas de la actividad científica, nuestro Instituto, pionero, comenzó en la década de los 50, a estudiar las bacterias nativas que mostraran la capacidad de promover el crecimiento vegetal; en particular, aquellas capaces de mejorar el crecimiento de las plantas leguminosas y  gramíneas nativas, con alto valor agronómico y económico para nuestro país. 

Conscientes de que la diversidad microbiana de los suelos uruguayos es un recurso precioso, y sin embargo, aún poco estudiado, desde el Departamento de Bioquímica y Genómica Microbianas  investigamos para crear una colección clasificada y caracterizada de la diversidad de bacterias asociadas a las leguminosas nativas, llamadas rizobios.

Leguminosa perteneciente a la subfamilia Mimosoideae, M. schelata

¿Y por qué caracterizar a estas bacterias? Porque son muy especiales, ya que como fruto de su simbiosis con las plantas, son capaces de fijar nitrógeno atmosférico.

Parte de este trabajo de investigación es relevar las plantas leguminosas que están presentes en distintas zonas del Uruguay, para construir la colección de rizobios. Además, describir a cada simbionte con sus particularidades. Para esto, recolectamos los nódulos de las raíces de diferentes leguminosas, donde están los rizobios. Luego los identificamos por su información genética, y en paralelo, recolectamos e identificamos a las plantas previa herborización.

Cultivos de laboratorio donde se ve el crecimiento con y sin rizobios.

Con este trabajo estamos aumentando el conocimiento de un recurso biológico nativo de gran valor, ya que los rizobios, al fijar nitrógeno atmosférico, permiten disminuir el uso de  fertilizantes nitrogenados en los cultivos donde están presentes, que suelen causar daños ambientales. Nuestra meta es aportar al desarrollo sustentable del sistema productivo del país, integrando conocimientos botánicos y de ecología microbiana del suelo, además de sus aplicaciones, en una estrategia de conservación de los recursos naturales a largo plazo

Los secretos de la simbiosis entre rizobios y leguminosas 

Las relaciones simbióticas entre rizobios y leguminosas hospederas no se establecen así sin más, sino que están finamente reguladas. Para que se produzca la simbiosis, deben ocurrir procesos coordinados entre ambos organismos. Esto puede observarse en su expresión génica, es decir, en el tipo de información genética que procesan, primero, para secretar señales de reconocimiento, y luego, para formar órganos especializados en la raíz de las plantas hospederas, donde las bacterias realizarán la fijación biológica de nitrógeno.

Por esto, en el Instituto también investigamos los mecanismos de interacción entre los microorganismos y las plantas buscando comprender los mecanismos moleculares implicados, algo fundamental para diseñar y aplicar sistemas simbióticos sustentables en los cultivos.

Leguminosa perteneciente a la subfamilia Mimosoideae, M. magentea
Semillas de la leguminosa perteneciente a la subfamilia Mimosoideae, M. pillulifera

Uno de los proyectos en curso busca caracterizar en profundidad los cambios que ocurren durante el establecimiento de una asociación simbiótica efectiva entre un beta-rizobio perteneciente al género Cupriavidus y su par hospedero, la leguminosa nativa Mimosa magentea. Para responder a la pregunta de ¿cuáles son los mecanismos moleculares implicados en las primeras etapas de esta interacción? se ideó un sistema de co-cultivo en el cual planta y bacteria no están en contacto directo, aunque pueden intercambiar señales. 

Estudiando este sistema con dos aproximaciones metodológicas complementarias, se espera identificar genes y vías metabólicas bacterianas importantes. Adicionalmente, se evaluará la importancia de los genes encontrados a través de ensayos con plantas y microorganismos portadores y no portadores de estos genes.

Las estrategias complementarias permitirán obtener conclusiones robustas que nos ayudarán a entender las bases del establecimiento de una simbiosis efectiva entre beta-rizobios y leguminosas.

Desarrollo de herramientas moleculares para profundizar la investigación 

Una de las limitantes más importantes para el estudio de estas bacterias, es la falta de herramientas genéticas disponibles. Por eso, la tercera línea de investigación vinculada a las asociaciones simbióticas entre plantas y leguminosas es la generación de vectores adecuados para estudiar las interacciones que establecen. Puntualmente, procuramos desarrollar estas herramientas en aquellas bacterias presentes en las colecciones que hemos generado, que poseen potencial biotecnológico.

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