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Ingeniería de nuevas redes de señalización para producir cultivos que necesitan menos fertilizantes

https://mundoagropecuario.com 2019-08-02

Una colaboración de investigación interdisciplinaria entre las universidades de Oxford y Cambridge ha diseñado una nueva vía sintética de señalización de microbios de plantas que podría proporcionar la base para transferir la fijación de nitrógeno a los cereales.

Publicado hoy en Nature Communications , 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 para diseñar con éxito la simbiosis de fijación de nitrógeno en cultivos no leguminosos como el trigo y el maíz.

Mejorar la raíz de la microbiota 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 de las Plantas de Oxford, dijo: «Las plantas influyen en la microbiota de su rizosfera enviando señales químicas que atraen o suprimen microbios específicos. Ingeniería de plantas de cereales para producir una señal para comunicarse y controlar las bacterias en sus raíces podrían potencialmente permitirles aprovechar los servicios que promueven el crecimiento de esas bacterias, incluida la fijación de nitrógeno.

«Para hacer esto, seleccionamos un grupo de compuestos normalmente producidos por 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. Estábamos capaz de transferir la ruta de señalización sintética a una serie de plantas, incluidos los cereales, y diseñar una respuesta de la bacteria rizosfera a la rizopina «.

La autora principal, Dra. Amelie Joffrin, en Oxford, desarrolló una nueva síntesis estereoselectiva de rizopina clave. Ella dijo: «La química sintética era 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 (» mano «) naturalmente activo de compuesto bioactivo clave «.

 

El Dr. Ponraj Paramasivan, autor principal conjunto en el Laboratorio Sainsbury de Cambridge, explicó cómo el equipo transfirió los genes de síntesis de rizopina a la cebada para evaluar si podían diseñar la síntesis de rizopina en los cereales.

 

Ella dijo: «Confirmamos que la cebada sintetizada y luego exudaba rizopina a su rizosfera. Luego medimos la señalización entre las raíces de cebada y las bacterias de la rizosfera y encontramos un nivel significativo de comunicación en la mayoría de las colonias bacterianas. Estos resultados significan que podríamos usar potencialmente Esta vía de señalización transkingdom para activar la microbiota de la raíz para fijar el 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 de plantas y microbios, ya que no producen esta nueva molécula de señalización para comunicarse con las bacterias «.

El trabajo futuro en los laboratorios Poole, Oldroyd y Conway se centrará en cómo las plantas pueden controlar los procesos clave en las bacterias de la raíz, 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 metabolismo diverso para el 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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