Investigadores descubren una estrategia oculta entre plantas y microbios que impulsa el crecimiento de los cultivos bajo estrés nutricional

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Científicos de SCELSE, un centro de investigación de biopelículas y microbiomas, y la [Universidad Nacional de Singapur](National University of Singapore) (NUS), han descubierto una sorprendente estrategia que utilizan las plantas para prosperar cuando escasea un nutriente esencial, el azufre.

El equipo descubrió que cuando los microbios del suelo compiten entre sí en la rizosfera (el suelo que rodea las raíces de las plantas), liberan un compuesto conocido llamado glutatión. Este compuesto mejora el crecimiento de las plantas en condiciones de deficiencia de azufre. La clave está en que, si bien las plantas se benefician, algunos microbios se ven perjudicados en su propio crecimiento.

Los investigadores llaman a este acto de equilibrio una “compensación de aptitud trans-reino”, donde un reino de vida (microbios) sacrifica parte de su crecimiento, mientras que otro (plantas) gana resiliencia.

Un problema global: la disminución del azufre en los suelos
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El azufre es esencial para el crecimiento de las plantas, al igual que el nitrógeno y el fósforo. Favorece la síntesis de proteínas, la producción de vitaminas y la resistencia al estrés.

Históricamente, la contaminación por azufre procedente de las emisiones industriales reponía los suelos de todo el mundo. Sin embargo, gracias a energías más limpias y regulaciones más estrictas sobre la calidad del aire, los niveles de azufre atmosférico han disminuido. Si bien esto beneficia la calidad del aire y la salud humana, ha reducido involuntariamente los depósitos naturales de azufre en los suelos agrícolas.

Con el tiempo, los cultivos han absorbido el azufre existente en el suelo, causando su deficiencia. Para compensar, los agricultores aplican cada vez más fertilizantes sintéticos a base de azufre. Estas soluciones a corto plazo tienen un costo: la escorrentía de las tierras agrícolas contamina ríos, lagos y ecosistemas, lo que agrava la degradación ambiental.

El nuevo descubrimiento: un refuerzo microbiano
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El estudio dirigido por SCELSE, publicado en Cell Host & Microbe, ofrece una novedosa explicación mecanicista de cómo las plantas y los microbios gestionan conjuntamente el estrés nutricional. Los investigadores descubrieron que cuando las bacterias del suelo compiten por nutrientes, liberan glutatión, un compuesto que estimula el crecimiento de las plantas en condiciones de deficiencia de azufre, aunque reduce el crecimiento bacteriano.

Esta mejora en la aptitud de las plantas se produjo a costa de la aptitud de las bacterias: una compensación biológica entre los reinos de la vida.

“Este trabajo introduce el concepto de equilibrio entre la aptitud biológica y proporciona una explicación mecanicista”, afirmó el primer autor, Arijit Mukherjee, estudiante de doctorado en SCELSE y el Departamento de Ciencias Biológicas de la NUS cuando se realizó el estudio. “La aptitud biológica de las plantas no se limita a la planta en sí, sino a toda la comunidad microbiana que la rodea. Comprender estos equilibrios nos ayuda a diseñar mejores soluciones microbianas para cultivos resilientes”.

Los investigadores descubrieron que los microbios del suelo que compiten entre sí liberan glutatión, lo que mejora el crecimiento de las plantas en condiciones de deficiencia de azufre. (Crédito de la imagen: Adaptado de SCELSE)

Por qué es importante
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Es probable que estas compensaciones estén extendidas en los sistemas huésped-microbio, no sólo en las plantas, y pueden representar estrategias ocultas mediante las cuales los holobiontes (huéspedes y sus microbios asociados) se adaptan colectivamente a las señales ambientales.

Para la agricultura, esta idea es fundamental: en lugar de depender de fertilizantes químicos, los investigadores pueden diseñar consorcios microbianos (o “cócteles”) que mejoran naturalmente la salud de los cultivos bajo estrés nutricional. Esta solución natural puede reducir el uso de fertilizantes, mejorar la salud del suelo y contribuir a la seguridad alimentaria mundial.

El profesor asociado Sanjay Swarup, investigador principal de SCELSE, explicó: «Este estudio ofrece un modelo para la agricultura sostenible. Al aprovechar las asociaciones naturales entre plantas y microbios, podemos reducir el uso de fertilizantes, proteger los ecosistemas y, al mismo tiempo, asegurar el suministro mundial de alimentos».

Del descubrimiento a la aplicación: solicitud de patente
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Para llevar este avance a la práctica, el equipo ha presentado una patente que cubre las aplicaciones de este mecanismo planta-microbio en la agricultura. Esto permitirá el desarrollo de productos de origen biológico que favorezcan los cultivos en suelos deficientes en azufre, reduciendo la dependencia de insumos químicos.

“Al considerar no solo las funciones microbianas, sino también sus interacciones, podemos diseñar consorcios microbianos más eficaces para la agricultura”, añadió el profesor asociado Swarup, quien también es subdirector del Instituto de Investigación Ambiental (NERI) de la NUS y miembro del profesorado del Departamento de Ciencias Biológicas de la NUS. “Este es el camino hacia una agricultura resiliente y preparada para el clima”.

Cita
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El estudio A bacterial signal coordinates plant-microbe fitness trade-off to enhance sulfur deficiency tolerance in plants (Una señal bacteriana coordina el equilibrio entre la aptitud de las plantas y los microbios para mejorar la tolerancia a la deficiencia de azufre en las plantas) fue publicado en Cell Host & Microbe. Autores: Arijit Mukherjee, Mrinmoy Mazumder, Arun Verma, Hitesh Tikariha, Raktim Bhattacharya ∙ Qi En Ooi & ∙ Sanjay Swarup.