Projecte H2020 BIOFERTICELLULASER: Paper de les cel·luleses bacterianes en la transició de vida lliure a endòfits d'arrels en cultius de colza i en el disseny de biofertilitzants eficients
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2017 -2019
- Pressupost assignat 170.121,6 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte BIOFERTICELLULASER
Aïllament d'endòfits de B. napus amb activitat PGP i capacitat per produir enzims hidrolítics en compostos cel·lulars vegetals: Mitjançant una combinació de medis rics i mínims per aïllar una àmplia biodiversitat d'endòfits bacterians, es va obtenir una col·lecció d'endòfits bacterians de colza. Es van avaluar in vitro les característiques PGP i la producció d'enzims hidrolítics a tots els aïllats bacterians, identificant-se tots els ceps a nivell d'espècie. També es va avaluar in planta la capacitat dels millors aïllats bacterians seleccionats in vitro per promoure el creixement vegetal.
Identificació de gens sobreexpressats durant la infecció: El bacteri Pseudomonas brassicacearum CDVBN10 va ser identificada com un dels millors promotors del creixement vegetal. Per tant, es va seleccionar per a una anàlisi transcriptòmica de l'expressió gènica a la superfície radicular. Es va seleccionar un conjunt de gens bacterians com a potencialment sobreexpressats durant la infecció. Cap no va correspondre a una cel·lulasa bacteriana. Per tant, la hipòtesi inicial del projecte es va adaptar a l'avaluació del paper d'altres enzims bacterians a la interacció amb la planta. Ens centrem en un gen sobreexpressat que codifica una N-carbamoil putrescina amidasa, implicada en la biosíntesi de poliamines.
Aïllament de ceps mutants: Utilitzem l'edició genòmica CRISPR/Cas per inactivar el gen que codifica la N-carbamoil putrescina amidasa a P. brassicacearum CDVBN10.
Estudi de fenotips simbiòtics dels ceps derivats mutants: Estudiem el fenotip simbiòtic del mutant KO de la N-carbamoil putrescina amidasa a la colonització d'arrels, la fixació d'arrels, les deformacions dels pèls radiculars i la infecció d'arrels. Acabem de detectar un fenotip mutant diferent a les deformacions dels pèls radiculars: el WT indueix la deformació dels pèls radiculars de B. napus, mentre que el cep mutant mostra nivells de deformacions dels pèls radiculars comparables al control no inoculat. El fenotip es recupera amb l'addició de putrescina.
Anàlisi del paper de la N-carbamoil putrescina amidasa en l'eficiència de PGP: Comparem la capacitat dels ceps WT i mutants per promoure el creixement de les plantes i induir resistència a l'estrès de les plantes a condicions d'estrès biòtic (fitopatogen Phylo lingam) i abiòtic (abiòtic) capacitats. Els fenotips es recuperen amb l'addició de putrescina.
Anàlisi de l'eficiència de l'endòfit bacterià PGP P. brassicacearum CDVBN10 en la infecció de llavors de colza i l'augment dels rendiments dels cultius: P. brassicacearum CDVBN10 es va assajar en condicions de camp com a biofertilitzant de llavors de colza. El gènere Pseudomonas va ser un dels tàxons dominants a les plantes inoculades, la qual cosa indica l'efectivitat del bacteri per establir-se com a endòfit radicular al camp. A més, la mida de la planta i la producció de llavors van semblar augmentar significativament a les plantes inoculades, la qual cosa mostra la seva eficiència com a biofertilitzant bacterià per a aquests cultius.
Segons la FAO, el 2050 hi haurà 2.300 milions de persones més al planeta, que necessitaran produir més aliments, combatent simultàniament la pobresa i la fam existents, utilitzant els escassos recursos naturals de forma més eficient i adaptant-se al canvi climàtic.
Els fertilitzants químics augmenten el rendiment dels cultius, però tenen efectes negatius per a la salut humana i animal, així com per al medi ambient. La productivitat de les plantes es pot millorar mitjançant l'activitat dels bacteris promotors del creixement vegetal (PGP), bacteris naturals capaços de modular el creixement vegetal gràcies a les seves activitats metabòliques. No obstant això, excepte els ceps rizòbics aplicats als cultius de lleguminoses, la majoria dels biofertilitzants dissenyats a partir d'estudis in vitro fracassen en aplicar-se al camp. Aquest fracàs podria ser perquè, una vegada aplicats a terra, els bacteris PGP seleccionats in vitro han de competir amb una àmplia varietat de microorganismes presents a terra i adaptar-se a les diferents condicions abiòtiques de cada entorn (rang de temperatura, períodes d'aigua/dessecació, etc.). Aquest fet augmenta l'interès del potencial PGP dels endòfits bacterians (aquells bacteris amb la capacitat d'entrar a l'endorrísia (interior de l'arrel)), ja que, un cop dins de la planta, no necessiten competir amb la densa població de bacteris a la rizosfera i estan protegits de condicions abiòtiques extremes. No obstant això, la colonització endofítica, a banda de les interaccions ben estudiades entre rizobis i lleguminoses, no s'entén bé. Llegir més llum en els mecanismes pels quals els endòfits entren activament a les arrels probablement permetrà grans avenços en la selecció intel·ligent de ceps bacterians que poden actuar com a biofertilitzants eficients en cultius no leguminosos.
Brassica napus L. (colza) és un cultiu important a causa del seu cultiu no només com a recurs alimentari (humà i animal), sinó també per a la producció de biodièsel. A Europa, les llavors de B. napus són la font principal d'oli per a la producció de biodièsel. Tot i això, el cultiu de colza requereix importants quantitats de fertilitzants químics i per tant, les alternatives que permeten la reducció de la fertilització química per a un cultiu més sostenible són molt desitjables. Això implica l'ús de biofertilitzants, que inclouen bacteris endòfits PGP.
Per tant, els objectius d‟aquest projecte van ser:
- Aïllament d'endòfits PGP de B. napus
- Identificació de gens sobreexpressats durant el procés d'infecció.
- Aïllament de ceps mutants en gens codificants de cel·lulasa.
- Estudi de fenotips simbiòtics dels ceps mutants derivats.
- Anàlisi del paper de les cèl·lules bacterianes en l'eficiència de les PGP.
- Anàlisi de l'eficiència de bacteris seleccionats per infectar colza i augmentar el rendiment dels cultius.
Un dels principals reptes de la humanitat durant les properes dècades serà augmentar la producció d'aliments aprofitant els recursos escassos i protegint el medi ambient, sent per això una de les prioritats del Programa Europeu Horitzó 2020. La productivitat de les plantes es pot millorar mitjançant l'activitat dels bacteris promotors del creixement vegetal (PGP), aplicats en camps agrícoles respectuosa amb el medi ambient daugmentar el rendiment dels cultius. Els biofertilitzants s'han aplicat a l'agricultura durant dècades, però en molts casos els bacteris que van mostrar un gran potencial com a PGP en condicions de laboratori, fallen en aplicar-se en sòls naturals, probablement perquè són superats per les poblacions microbianes natives del sòl o perquè no es poden adaptar a les noves condicions ambientals.
Basant-se en el model Rhizobium-clover, se sap que les cèl·lules bacterianes són crucials a l'entrada de bacteris a l'arrel. Tot i això, encara no s'ha estudiat la implicació d'aquests enzims a l'entrada activa d'endòfits bacterians en cultius no leguminosos. Aquest projecte pretén investigar, mitjançant un enfocament transcriptòmic i l'aïllament de ceps mutants d'endòfits, el paper de les cel·luleses en la capacitat dels endòfits per penetrar a les arrels de plantes no lleguminoses, utilitzant la colza (B. napus) com a planta model. Si els gens que codifiquen cel·lulases permeten la infecció radicular activa, amb un avantatge sobre els mecanismes passius, la selecció de soques bacterianes no només en funció de la seva capacitat de PGP, sinó també de la seva capacitat per penetrar a la planta —on tenen menys competidors i estan protegides de l'estrès abiòtic— permetrà el disseny de biofertilitzants bacteris. L'objectiu final d'aquest projecte és establir les bases per al desenvolupament de fertilitzants biològics de base microbiana que permetin la reducció o fins i tot la supressió de l'ús de fertilitzants químics (perillosos per a la salut humana i el medi ambient i que contribueixen al canvi climàtic), mantenint o incrementant la producció de cultius.
En aquest projecte demostrem que l'endòfit bacterià de colza Pseudomonas brassicacearum CDVBN10 és un fertilitzant bacterià de colza eficient en condicions de laboratori i de camp i, a més, indueix resistència de la planta a condicions d'estrès biòtic i abiòtic.
A més, amb base en una transcriptòmica de bacteris sobre la superfície de l'arrel, trobem que el gen que codifica una N-carbamoil putrescina amidasa, enzim implicat en la biosíntesi de poliamines, estava significativament sobreexpressat, la qual cosa indica un possible paper rellevant en la interacció amb un cep. la capacitat del bacteri per promoure el creixement de B. napus i induir la seva resistència a condicions d'estrès abiòtic (salí) ia l'atac de fongs fitopatògens (Phoma lingam) Fins on sabem, aquest és el primer informe sobre l'efecte de la deleció d'un gen implicat en la síntesi de poliamines en resistència a l'estrès.
Per tant, el projecte es basa en el coneixement existent sobre les interaccions entre plantes no lleguminoses i bacteris PGP, necessari per a un disseny més eficient de fertilitzants bacterians.A més, el projecte demostra el gran potencial del cep Pseudomonas brassicacearum amb un important impacte positiu al medi ambient i la salut dels consumidors.
- UNIVERSIDAD DE SALAMANCA (USAL)
Projectes relacionats
