¿Qué efectos tienen los microorganismos de la rizosfera sobre el crecimiento biológico de las plantas?
Se pueden utilizar múltiples generaciones de adaptación/aclimatación experimental para estudiar los mecanismos de crecimiento y reproducción de plantas mediados por microbios. Para verificar si múltiples generaciones de microorganismos de la rizosfera pueden inducir el avance o retraso del tiempo de floración, se midieron los parámetros fenotípicos de tres generaciones (G1, G2 o G3) de plantas de Arabidopsis inoculadas con diferentes microorganismos del suelo. Parámetros fenotípicos de Arabidopsis silvestre en comunidades microbianas aisladas de raíces de plantas silvestres (tratamiento Wt-M) en comparación con los controles correspondientes (cultivados en suelo esterilizado sin adición de comunidades microbianas del suelo) durante las dos primeras generaciones. No hay cambios significativos. Esto muestra que el crecimiento de las dos primeras generaciones de plantas en suelo esterilizado es consistente con el crecimiento de suelo esterilizado inoculado con suspensión bacteriana viable. La microflora de la rizosfera Wt-M tiene un impacto importante en la floración y reproducción en la tercera generación. El tiempo de floración del grupo G3-Wt-M se retrasó significativamente, aproximadamente 3 días, y el número de silicuas aumentó significativamente. La riqueza y diversidad de las comunidades microbianas de la rizosfera de Arabidopsis disminuyeron con cambios fisiológicos a lo largo de tres generaciones. Los índices de riqueza y diversidad de especies (Chao1, cobertura basada en abundancia (ACE), número de especies e índice de Shannon) disminuyeron significativamente después de la segunda y tercera generación. La abundancia relativa de las bacterias dominantes de la rizosfera Proteobacteria y Acinetobacter en la segunda y tercera generación fue menor que en la primera generación. Por el contrario, Bacteroidetes y Cyanobacteria aumentaron en la tercera generación. Algunas plantas que florecen temprano (o tarde) pueden estar relacionadas con microorganismos específicos del suelo, y la microflora de las plantas puede estar relacionada con cambios en diferentes etapas de crecimiento de las plantas. Los resultados muestran que los microorganismos enriquecidos de la pantalla de tercera generación desempeñan un papel clave en la regulación del tiempo de floración de las plantas.
2. Los microorganismos de la rizosfera adelantan el tiempo de floración del mutante pgr5.
Para comprender mejor la relación entre las comunidades microbianas, la secreción y el tiempo de floración, los autores utilizaron un mutante de Arabidopsis (gen PGR5 que codifica una nueva proteína de membrana tilacoide), que crece en la etapa vegetativa como las plantas silvestres. Los mutantes pgr5 carecen del ciclo sensible de ferredoxina a plastoquinona, uno de los procesos fisiológicos más críticos para una fotosíntesis eficiente. Debido a la falta de fotosíntesis, los mutantes pgr5 producen secreciones que difieren de las de Arabidopsis de tipo salvaje. Para Arabidopsis de tipo salvaje, los fenotipos del grupo de tratamiento con mutante pgr5 (microbioma pgr5-M con mutante prg5 agregado) y el grupo de control correspondiente (sin microbioma de suelo agregado) no cambiaron entre la primera y la segunda generación. En comparación con el tipo silvestre, el grupo de tratamiento con pgr5-M floreció casi 4 días antes que el tipo silvestre y el número de vainas se redujo significativamente. Dado que básicamente no hay diferencia en el índice de Shannon y el índice de riqueza entre el grupo de tratamiento pgr5-M y el grupo de tratamiento Wt-M en las tres generaciones, los cambios en la reproducción de las plantas causados por la manipulación microbiana pueden no ser causados por la diversidad de la rizosfera. Sin embargo, después de una generación de evolución, el índice ACE ha cambiado. La abundancia relativa de las dos líneas de Arabidopsis en cada generación difirió sólo ligeramente.
3. Microorganismos raros en la rizosfera pueden afectar el tiempo de floración.
La abundancia de filos microbianos es relativamente constante (ver arriba), pero las diferencias de abundancia de WM (flora microbiana del cultivo Wt de tercera generación) y PM (flora microbiana del cultivo pgr5 de tercera generación) entre los grupos de tratamiento mayor en niveles taxonómicos más bajos. Para la tercera generación, la abundancia relativa de 77 géneros de rizosfera fue significativamente diferente entre los tratamientos WM y PM, al menos 2 veces. En comparación con el tratamiento PM, * * * 41 géneros se enriquecieron en el tratamiento WM y 36 géneros se enriquecieron en el tratamiento PM. La mayoría de los microorganismos abundantes de la rizosfera son raros (relativamente abundantes
4. Verificación funcional microbiana
Los autores demostraron claramente que el tiempo de floración está directamente relacionado con la microflora de la rizosfera. Utilizando la tercera inoculación microbiana de tres cepas de Arabidopsis thaliana (Wt y dos mutantes de órganos fotosintéticos pgr5 y pnsB4) en la generación pgr5 (PM) o cultivos Wt de primera generación (WM) muestran un flujo cíclico de electrones insuficiente desde NADPH a plastoquinona en comparación con la comunidad microbiana en medio pgr5. , la comunidad microbiana en el medio Wt de tercera generación retrasó el tiempo de floración y aumentó el crecimiento de los brotes.
La adición de bacterias Wt retrasó la floración de Wt, mutante pnsB4 y mutante pgr5 en 3,3, 5,5 y 5,7 días respectivamente. En comparación con el tratamiento con colonia bacteriana pgr5, el peso fresco del tallo de las tres cepas tratadas con colonia bacteriana Wt también aumentó significativamente.