El verano recién pasado, el Dr. Jorge Gallardo Cerda recolectó muestras de Colobanthus quitensis en isla Livingston y en otros territorios antárticos, con el propósito de analizar la expresión de genes de dicha planta, y comparar la información obtenida considerando dos situaciones: cuando la planta se encuentra sola, y cuando está acompañada de Deschampsia antarticta o Pasto antártico, lo que permitiría evaluar la influencia de bacterias del ambiente risosférico (próximo a la raíz) y su capacidad para establecerse en sitios con estrés salino.
Dr. Jorge Gallardo
El académico del Departamento de Ciencias Básicas, Dr. Cristian Torres Díaz y el investigador asociado Dr. Jorge Gallardo Cerda, desarrollan el proyecto de investigación Fondecyt 3160333 denominado “Evaluación del papel de las bacterias rizosféricas sobre el desempeño fisiológico de Colobanthus quitensis bajo estrés salino”.
Pese a las extremas condiciones de los ambientes terrestres del continente Antártico, caracterizados por ciclos de congelamiento y descongelamiento, precipitaciones bajas y rápido drenaje, dos especies de plantas: Colobanthus quitensis y Deschampsia antárctica, se han establecido y han colonizado de manera natural en dichos territorios. Aunque muchos estudios han descrito sus adaptaciones morfológicas y fisiológicas para resistir en ambientes estresantes, pocos trabajos han analizado factores externos, como los microorganismos asociados a las raíces, que puedan explicar su capacidad de tolerar condiciones estresantes.
Según se indicó, se trata de un proyecto que pretende evaluar cuál es el papel que juegan las bacterias que se asocian a la rizósfera (la zona del suelo que circunda a la raíz) de Colobanthus quitensis, en la capacidad de esta planta de tolerar el estrés salino. La rizósfera alberga un incontable número de microorganismos que constituyen uno de los microbiomas más dinámicos del planeta.
Los investigadores explicaron que Colobanthus quitensis, también conocido como Clavel antártico, es una planta vascular que no es capaz de establecerse aisladamente en zonas costeras de islas subantárticas a diferencia de Deschampsia antarctica, otra planta vascular de ese continente, también conocida como Pasto antártico.
“En la práctica, ambas plantas vasculares pueden ser encontradas habitando zonas costeras de las islas subantárticas, estando expuestas a niveles de salinidad elevados. Los estudios han descrito adaptaciones fisiológicas para ambas especies, las cuales les permitirían sobrevivir en ambientes estresantes, principalmente bajo estrés por baja temperatura y el exceso de luz durante la temporada de crecimiento. No obstante, no hay antecedentes en literatura que describan la capacidad de tolerar estrés salino para C. quitensis, a pesar de establecerse en sistemas cercanos a la costa en la Antártica. Además, hemos visto que las bacterias asociadas a las raíces de Colobanthus quitensis no crecen en presencia de sal, lo que podría explicar la asociación con plantas halotolerantes, es decir, plantas que se adaptan a condiciones de alta salinidad, para establecerse en sitios cerca de la costa”, describieron los investigadores.
En términos científicos, los Doctores Cristian Torres y Jorge Gallardo se proponen estudiar “cómo la estructura de las comunidades bacterianas asociadas a Colobanthus quitensis varía cuando crece asociada a Deschampsia antárctica. Para esto los investigadores utilizarán técnicas de secuenciación masiva como la técnica de next generation sequencing (NGC) para identificar las comunidades y evaluarán cómo esta estructura afecta el desempeño fisiológico de la planta midiendo parámetros fisiológicos, ecológicos y la expresión de genes relacionados a la resistencia a estrés mediante RNAseq. De este modo los investigadores esperan poder determinar la importancia de las bacterias rizosféricas en situación de estrés salino, y qué papel podrían jugar en un escenario de calentamiento producto del cambio climático”, precisaron.
En dicho marco analizarán cuáles son las bacterias que se asocian a Colobanthus quitensis en la zona de Magallanes, y luego realizarán una comparación con otras que crecen en la Antártica para determinar si dichas bacterias le confieren tolerancia al estrés por sal, evaluando el efecto sobre la expresión de genes relacionados a estrés en Colobanthus quitensis.
-¿Cómo surge el interés por estudiar la relación entre bacterias y las raíces de una planta?
-“En las últimas décadas una serie de estudios ha demostrado que las interacciones planta-microbios no solo son fundamentales para comprender mejor el crecimiento y salud de las plantas, sino que también para entender cómo se estructuran las comunidades vegetales de ambientes estresantes y como estos microorganismos podrían ayudar a mantener la producción de especies cultivadas ante un escenario de cambio climático global”.
-“La rizósfera, es el hogar de un incontable número de microorganismos e invertebrados y es considerada una de las interfaces más dinámicas en el planeta. Los organismos presentes en la microbiota que compone la rizósfera, pueden tener profundos efectos sobre el crecimiento, nutrición y salud de plantas, tanto en ecosistemas naturales como en sistemas agrícolas”.
-¿Qué implicancias tiene el confirmar la hipótesis que plantean?
-“Tiene implicancias ecológicas. Lo que pensamos es que estos microorganismos le permiten a Colobanthus quitensis extender su rango de distribución. Nosotros tenemos la hipótesis de que estos microorganismos, es decir, las bacterias que se encuentran en la rizósfera le permitirían a la planta extender su nicho, y poder llegar a lugares donde no podría hacerlo sin la presencia de estos microorganismos. Esta planta se encuentra a lo largo de la cordillera de los Andes y en las montañas de México donde no presenta el estrés por sal. Pero, cuando la encontramos en la Antártica, generalmente se asocia a otra planta, Deschampsia antárctica, que sí es tolerante a la sal, pues tiene adaptaciones anatómicas y fisiológicas que le permiten lidiar con este estrés. Rara vez se encuentra a Colobanthus quitensis sola en la Antártica. Probablemente, aprovecha las condiciones que le entrega Deschampsia antárctica y sus microorganismos”.
-“Además, el estrés por sal produce efectos similares al estrés por sequía en las plantas. Entonces, los mecanismos que estas bacterias poseen para tolerar condiciones de alto contenido de sal, podrían ser utilizados también para permitir a la planta soportar condiciones de mayor sequía”.
-¿Qué aplicaciones puede tener dicho conocimiento, en caso que se confirme la hipótesis?
– “Es una pregunta común al intentar explicar un patrón que vemos en la naturaleza. Claro, uno dice hay microorganismos que tienen ciertas características y que favorecen el crecimiento de la planta y la salud en general. Entonces, una vez que uno identifica este ensamble o comunidad de bacterias que puede ayudar a las plantas a tolerar ese tipo de estrés, la pregunta es, bueno, qué hacemos con estas comunidades bacterianas ya que son tan beneficiosas para la planta. Es posible sostener que estos microorganismos podrían ser utilizados en la agricultura, y probablemente en un futuro no muy lejano, podrían ser utilizados para cultivar en suelos que estén bajo influencia salina. Esto es bastante relevante, pues una de las predicciones respecto del calentamiento global es el aumento del nivel del mar, por tanto, muchas de las áreas que hoy son cultivables se verán en el futuro bajo mayor influencia salina. Entonces, se podría pensar que dicho conocimiento se podría aplicar en agricultura”.
-“Pero también se podría sugerir que, probablemente, se necesite una planta que sea tolerante a la sal para poder establecer otra que no sea tolerante, y eso es aún más interesante. Entonces, quizás en el futuro alguien proponga co-cultivar una planta halófita (capaz de vivir en medios con alta presencia salina) en un lugar que posteriormente se quiera ocupar con plantas de interés comercial. Es una de las alternativas, y es el patrón que observamos en la Antártica con Colobanthus quitensis y Deschampsia antarctica. No se trata de poner estas plantas para que “saquen la sal del suelo”, sino para que modificar un sustrato y así obtener un ambiente tolerable para una planta que no sea tolerante a la sal”.
¿Podría explicar en términos generales qué mecanismos se producen entre las bacterias y la raíz de Colobanthus quitensis?
-“En términos muy sencillos y generales, podemos decir que la bacteria se asocia a la planta porque las raíces exudan compuestos carbonados que son necesarios para el crecimiento de la bacteria, y a su vez, la bacteria va produciendo algunos compuestos que sirven a la planta para tolerar la condición de salinidad y de baja disponibilidad hídrica”.
“El mecanismo más estudiado es el de la inhibición de una hormona que impide el crecimiento de las raíces cuando hay estrés por sequía. Ese estrés por sequía es muy similar al que produce el estrés por sal y por frío. Tienen un nodo común que es la deshidratación celular. Cuando la planta se encuentra en condición de estrés por sequía produce etileno y eso impide que sus raíces
crezcan. Sin embargo, primero produce un precursor de etileno, 1aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC). ¿Y qué ocurre? Las bacterias son capaces de captar ese precursor de etileno y utilizarlo en otras rutas metabólicas para producir productos carbonados y prácticamente lo secuestran a la planta. Entonces, aunque la planta produce este precursor de etileno, finalmente no produce etileno. De alguna manera, la planta es “engañada” por la bacteria, y al no producir etileno la planta asume que no se encuentra en condición de estrés y sus raíces siguen creciendo normalmente”.
