Proxecto H2020 BIOFERTICELLULASER: Papel das celulases bacterianas na transición de endófitos de vida libre a endófitos radiculares en cultivos de colza e no deseño de biofertilizantes eficientes
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2017 -2019
- Orzamento asignado 170.121,6 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto BIOFERTICELLULASER
Illamento de endófitos de B. napus con actividade PGP e capacidade de producir encimas hidrolíticos en compostos celulares vexetais: Obtívose unha colección de endófitos bacterianos de colza combinando medios ricos e mínimos para illar unha ampla biodiversidade de endófitos bacterianos. As características da PGP e a produción de encimas hidrolíticos avaliáronse in vitro en todos os illamentos bacterianos e identificáronse todas as cepas a nivel de especie. Tamén se avaliou in planta a capacidade dos mellores illamentos bacterianos seleccionados in vitro para promover o crecemento das plantas.
Identificación de xenes sobreexpresados durante a infección: A bacteria Pseudomonas brassicacearum CDVBN10 foi identificada como un dos mellores promotores do crecemento das plantas. Polo tanto, foi escollido para a análise transcriptómica da expresión xénica na superficie da raíz. Seleccionouse un conxunto de xenes bacterianos como potencialmente sobreexpresados durante a infección. Ningunha correspondeu a unha celulase bacteriana. Polo tanto, a hipótese inicial do proxecto adaptouse para avaliar o papel doutros encimas bacterianos na interacción coa planta. Centrámonos nun xene sobreexpresado que codifica unha N-carbamoilputrescina amidase, implicada na biosíntese de poliaminas.
Illamento de cepas mutantes: Empregamos a edición do xenoma CRISPR/Cas para inactivar o xene que codifica a N-carbamoilputrescina amidase en P. brassicacearum CDVBN10.
Estudo de fenotipos simbióticos de cepas derivadas de mutantes: Estudamos o fenotipo simbiótico do mutante KO da N-carbamoilputrescina amidase na colonización radicular, fixación radicular, deformacións do pelo radicular e infección radicular. Acabamos de detectar un fenotipo mutante distinto nas deformacións do pelo radicular: o WT induce a deformación do pelo radicular en B. napus, mentres que a cepa mutante mostra niveis de deformacións do pelo radicular comparables ao control non inoculado. O fenotipo recupérase coa adición de putrescina.
Análise do papel da N-carbamoilputrescina amidase na eficiencia da PGP: Comparamos a capacidade das cepas WT e mutantes para promover o crecemento das plantas e inducir a resistencia das plantas ao estrés a condicións de estrés biótico (fitopatóxeno Phoma lingam) e abiótico (salinidade), observando unha deterioración significativa do mutante nestas capacidades. Os fenotipos recupéranse coa adición de putrescina.
Análise da eficacia do endófito bacteriano PGP *P. brassicacearum* CDVBN10 na infección das sementes de colza e no aumento do rendemento das colleitas: o CDVBN10 de *P. brassicacearum* probouse en condicións de campo como biofertilizante para as sementes de colza. O xénero Pseudomonas foi un dos taxons dominantes nas plantas inoculadas, o que indica a eficacia da bacteria para establecerse como endófita de raíz no campo. Ademais, o tamaño da planta e a produción de sementes pareceron aumentar significativamente nas plantas inoculadas, o que demostra a súa eficacia como biofertilizante bacteriano para estes cultivos.
Segundo a FAO, para 2050 haberá 2.300 millóns de persoas máis no planeta, que terán que producir máis alimentos e, ao mesmo tempo, combater a pobreza e a fame existentes, utilizar os escasos recursos naturais de forma máis eficiente e adaptarse ao cambio climático.
Os fertilizantes químicos aumentan o rendemento das colleitas, pero teñen efectos negativos na saúde humana e animal, así como no medio ambiente. A produtividade das plantas pode mellorar mediante a actividade das bacterias promotoras do crecemento das plantas (PGB), bacterias naturais capaces de modular o crecemento das plantas a través das súas actividades metabólicas. Non obstante, agás as cepas rizobicas aplicadas a cultivos de leguminosas, a maioría dos biofertilizantes deseñados a partir de estudos in vitro fallan cando se aplican no campo. Este fracaso podería deberse a que, unha vez aplicadas ao solo, as bacterias PGP seleccionadas in vitro deben competir cunha ampla variedade de microorganismos presentes nel e adaptarse ás diferentes condicións abióticas de cada ambiente (rango de temperatura, períodos de auga/sequía, etc.). Este feito aumenta o interese no potencial PGP dos endófitos bacterianos (aquelas bacterias coa capacidade de entrar na endoriza (interior da raíz)), xa que, unha vez dentro da planta, non necesitan competir coa densa poboación de bacterias da rizosfera e están protexidas de condicións abióticas extremas. Non obstante, a colonización endofítica, á parte das interaccións ben estudadas entre rizobios e leguminosas, non se coñece ben. Arroxar máis luz sobre os mecanismos polos que os endófitos entran activamente nas raíces probablemente permitirá grandes avances na selección intelixente de cepas bacterianas que poden actuar como biofertilizantes eficientes en cultivos non leguminosos.
A Brassica napus L. (colza) é un cultivo importante debido ao seu cultivo non só como recurso alimentario (humano e animal), senón tamén para a produción de biodiésel. En Europa, as sementes de B. napus son a principal fonte de aceite para a produción de biodiésel. Non obstante, o cultivo de colza require cantidades significativas de fertilizantes químicos e, polo tanto, son moi desexables alternativas que reduzan a fertilización química para un cultivo máis sostible. Isto implica o uso de biofertilizantes, que inclúen bacterias endófitas PGP.
Polo tanto, os obxectivos deste proxecto foron:
- Illamento de endófitos de PGP de B. napus
- Identificación de xenes sobreexpresados durante o proceso de infección.
- Illamento de cepas mutantes en xenes codificantes de celulases.
- Estudo de fenotipos simbióticos de cepas mutantes derivadas.
- Análise do papel das celulases bacterianas na eficiencia da PGP.
- Análise da eficacia de bacterias seleccionadas para infectar a colza e aumentar o rendemento da colleita.
Un dos principais retos da humanidade nas vindeiras décadas será aumentar a produción de alimentos mediante a explotación dos recursos escasos e a protección do medio ambiente, o que o converte nunha das prioridades do Programa Europeo Horizonte 2020. A produtividade das plantas pode mellorar mediante a actividade das bacterias promotoras do crecemento vexetal (PGB), aplicadas en campos agrícolas como biofertilizantes ou probióticos, o que constitúe unha forma respectuosa co medio ambiente de aumentar o rendemento dos cultivos. Os biofertilizantes levan décadas utilizándose na agricultura, pero en moitos casos, as bacterias que demostraron un gran potencial como PGP en condicións de laboratorio fallan cando se aplican a solos naturais, probablemente porque son superadas polas poboacións microbianas nativas do solo ou porque non poden adaptarse ás novas condicións ambientais.
Baseándose no modelo Rhizobium-trevo, sábese que as celulases bacterianas son cruciais para a entrada bacteriana na raíz. Non obstante, a implicación destas encimas na entrada activa de endófitos bacterianos en cultivos non leguminosos aínda non foi estudada. Este proxecto ten como obxectivo investigar, mediante unha abordaxe transcriptómica e o illamento de cepas endófitas mutantes, o papel das celulases na capacidade dos endófitos para penetrar nas raíces de plantas non leguminosas, utilizando a colza (B. napus) como planta modelo. Se os xenes que codifican as celulases permiten a infección activa das raíces, cunha vantaxe sobre os mecanismos pasivos, a selección de cepas bacterianas non só en función da súa capacidade PGP, senón tamén da súa capacidade para penetrar na planta (onde teñen menos competidores e están protexidas do estrés abiótico) permitirá o deseño de biofertilizantes bacterianos máis eficientes. O obxectivo final deste proxecto é sentar as bases para o desenvolvemento de fertilizantes biolóxicos baseados en microbios que reduza ou mesmo elimine o uso de fertilizantes químicos (que son perigosos para a saúde humana e o medio ambiente, e contribúen ao cambio climático), ao tempo que manteñan ou aumenten a produción de cultivos.
Neste proxecto, demostramos que a bacteria endófita da colza *Pseudomonas brassicacearum* CDVBN10 é un fertilizante bacteriano eficiente para a colza en condicións de laboratorio e de campo e, ademais, induce resistencia das plantas a condicións de estrés biótico e abiótico.
Ademais, baseándonos na transcriptómica de bacterias na superficie da raíz, descubrimos que o xene que codifica unha N-carbamoilputrescina amidase, un encima implicado na biosíntese de poliaminas, estaba significativamente sobreexpresado, o que indica un posible papel relevante na interacción coa planta. A construción dunha cepa derivada dun mutante knockout mostrou como o xene xoga un papel relevante na capacidade da bacteria para promover o crecemento de B. napus e inducir a súa resistencia a condicións de estrés abiótico (salino) e ao ataque de fungos fitopatóxenos (Phoma lingam). Ata onde sabemos, este é o primeiro informe sobre o efecto da deleción dun xene implicado na síntese de poliaminas nunha bacteria promotora do crecemento das plantas na súa capacidade para promover o crecemento das plantas e inducir resistencia ao estrés.
Polo tanto, o proxecto baséase no coñecemento existente sobre as interaccións entre as plantas non leguminosas e as bacterias PGP, o cal é necesario para un deseño máis eficiente de fertilizantes bacterianos. Ademais, o proxecto demostra o gran potencial da cepa Pseudomonas brassicacearum CDVBN10 como biofertilizante para cultivos de colza, o que reduciría o uso de fertilizantes químicos neste cultivo, cun impacto positivo significativo no medio ambiente e na saúde do consumidor.
- UNIVERSIDAD DE SALAMANCA (USAL)
Proxectos relacionados
