Ideas para el fitomejoramiento: armar las plantas de trigo contra el estrés climático con microorganismos
En el proyecto conjunto VolCorn, financiado por la Asociación Leibniz y dirigido por el Centro Leibniz de Investigación del Paisaje Agrícola (ZALF), un equipo de investigadores ha obtenido conocimientos fundamentales sobre cómo responden las plantas de trigo a factores de estrés como la sequía, las inundaciones o las plagas en interacción con los microorganismos de la planta y el suelo. Los hallazgos son importantes para la obtención de variedades más resistentes y para la comprensión general de las interacciones entre plantas y microbios.
La agricultura en Europa se ve cada vez más afectada por condiciones meteorológicas extremas que provocan pérdidas de cosechas. En 2018, los daños solo en Alemania ascendieron a unos 770 millones de euros. Hacer que las plantas de trigo sean más resistentes a estas tensiones podría contribuir significativamente a salvaguardar la producción mundial de alimentos.
Como parte del proyecto VolCorn, científicos de cuatro instituciones de investigación no universitarias han estado estudiando, desde perspectivas muy diferentes, cómo las plantas de trigo y los microorganismos como hongos y bacterias que las colonizan responden a los factores de estrés causados por condiciones climáticas extremas como la sequía, las inundaciones o las plagas. La hipótesis subyacente es que la microbiota, la comunidad de microorganismos dentro y alrededor de la planta, es tan importante para ésta como los microorganismos lo son para el sistema inmunitario humano. Por tanto, comprender mejor estas interacciones es fundamental para preparar mejor a las plantas para estas situaciones de estrés.
Los compuestos orgánicos volátiles (COV), producidos por la planta y utilizados también para "comunicarse" con la microbiota, desempeñan un papel clave en la defensa de la planta contra estos factores de estrés. Los investigadores han utilizado enfoques modernos para desentrañar estas complejas relaciones. Utilizaron métodos de biología de sistemas para estudiar los cambios en el metabolismo de las plantas y, al mismo tiempo, los cambios en la microbiota.
Los microorganismos pueden ayudar con el estrés climático
La investigación demuestra que las inundaciones y las sequías no sólo reducen en general el crecimiento y el rendimiento del trigo, sino que también modifican la microbiota de las raíces y las hojas. En concreto, más microbios patógenos colonizan las primeras fases de crecimiento. Como resultado, las plantas estresadas se vuelven más susceptibles a las enfermedades.
Sin embargo, para sorpresa de los investigadores, las bacterias beneficiosas también se acumulan en la zona radicular durante la inundación, favoreciendo la absorción de nutrientes y vitaminas por la planta. Al mismo tiempo, la propia planta modifica masivamente su metabolismo. Los investigadores pudieron demostrar que el aminoácido alanina desempeña un papel fundamental en el mantenimiento del suministro de nitrógeno y el metabolismo de las plantas estresadas. "Presumiblemente, la microbiota alterada pone entonces a disposición más vitaminas de apoyo para sostener el metabolismo debilitado del trigo en la zona radicular", explica el coordinador del proyecto, Steffen Kolb, de la ZALF.
Las plagas afectan a la formación de COV por parte de la planta de trigo, que reacciona a esta forma de estrés con una respuesta de defensa. El proyecto también condujo al desarrollo de una nueva herramienta para el análisis de datos de mezclas complejas de diferentes COV mediante espectrometría de masas, lo que acelerará los estudios de seguimiento.
Los nuevos conocimientos ayudan a ganaderos y agricultores
"Esperamos que en el futuro podamos enriquecer selectivamente los microbios y sus propiedades de apoyo a las plantas para hacerlas más resistentes al cambio climático, por ejemplo a las inundaciones", afirma Kolb. En el cultivo de plantas, por ejemplo, ya se está trabajando en programas que fomentan la colonización de las plantas con microorganismos de apoyo procedentes del suelo circundante. Otro ejemplo es la transferencia de microorganismos reductores del estrés a las plantas de trigo.
"Los conocimientos adquiridos a partir de la respuesta polifacética de la planta de trigo y su microbiota son de gran importancia para la obtención de variedades de trigo resistentes al clima y abrirán nuevas vías para la gestión sistemática de los microorganismos en la producción de cultivos agrícolas. Sin embargo, se necesita más investigación experimental debido a las complejas relaciones implicadas", afirmó el coordinador del proyecto.
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