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Una nueva forma de asociación simbiotica entre planta y microorganismo descubierta en el CBGP

Investigadoras del CBGP de la UPM han participado en el descubrimiento de un nuevo tipo de asociación simbiótica entre un hongo endófito y la planta modelo Arabidopsis thaliana publicado hoy en la revista Cell.

El equipo de la investigadora Soledad Sacristán, del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP (UPM-INIA)) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), ha colaborado con el Instituto Max Planck de Alemania, en el trabajo publicado hoy en Cell que demuestra, por primera vez, la asociación simbiótica entre una planta de la familia
Brassicaceae (Arabidopsis thaliana) con un hongo endófito (Colletotrichum tofieldiae). Esta simbiosis, hasta ahora desconocida, mejora la capacidad de crecimiento de los cultivos y por ello podría contribuir a disminuir el uso de fertilizantes inorgánicos y conseguir así una agricultura más sostenible.

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Hifas de Colletotrichum tofieldiae (marcado con GFP) penetrando en las raíces de A. thaliana (marcadas con PIP2A-mCherry). Fuente: Cell

 

Las plantas se benefician de asociaciones mutualistas con diferentes tipos de hongos simbióticos, como micorrizas y endófitos. Las asociaciones con micorrizas son uno de los mutualismos mejor estudiados, ya que están muy extendidas en el reino vegetal y mejoran la capacidad de las plantas de absorber fósforo y otros nutrientes del suelo. A pesar de la importante función de las micorrizas, hay algunas especies de plantas,
como Arabidopsis thaliana y el resto de especies en la familia Brassicaceae, que no son capaces de formar asociaciones mutualistas con micorrizas.

La doctora Soledad Sacristán y su equipo aislaron el hongo endofítico
Colletotrichum tofieldiae (Ct) de poblaciones silvestres de A. thaliana en España. Descubrieron que Ct forma un mutualismo natural con A. thaliana, ya que las plantas inoculadas con Ct producen más frutos y semillas que las plantas control. En colaboración con investigadores del Max Planck Institute of Plant Breeding Research, descubrieron que Ct infecta la planta por las raíces y la coloniza sistémicamente. Ct transmite el macronutriente fósforo a las hojas y tallos, promoviendo el crecimiento y aumentando la fertilidad de la planta bajo condiciones de deficiencia de fósforo. El sistema de respuesta del huésped a la carencia de fósforo (PSR) controla la colonización de la raíz por Ct y es necesario para la promoción del crecimiento de la planta. Para la promoción del crecimiento es también necesario que funcione el metabolismo del indol-glucosinolato dependiente de PEN2, que es un componente de la respuesta innata de la planta. Esto indica una conexión funcional entre la inmunidad innata y el sistema PSR durante la interacción beneficiosa con Ct.

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Plantas de Arabidopsis thaliana creciendo en condiciones de carencia de fósforo inoculadas con C. tofieldiae (derecha) y plantas control sin inocular (izquierda). Fuente: Cell.

 

Ct es un hongo endofítico (hongo que crece en el interior de las plantas sin causar síntomas de enfermedad) muy relacionado con patógenos de plantas del mismo género
Colletotrichum. El estado nutricional de la planta puede haber facilitado la transición del estilo de vida patogénico a mutualista del hongo, que de hecho está reemplazando la función de las micorrizas en Arabidopsis. Ct existe en diferentes lugares del mundo, pero parece que la asociación con A. thaliana es endémica de España. Soledad Sacristán y su equipo han detectado una incidencia de Ct de hasta el 50% en poblaciones silvestres de A. thaliana del centro de España con suelos pobres en fósforo.

Soledad Sacristán lleva a cabo su investigación en el grupo de “Inmunidad Innata y Resistencia a Hongos Necrótrofos” liderado por el Catedrático Antonio Molina, del CBGP, donde es responsable de la línea de investigación “Factores ecológicos y moleculares implicados en el endofitismo y la patogénesis de hongos”.

Publicación Original:

Hiruma, K; Gerlach, N; Sacristán, S; Nakano, Ryohei T; Hacquard, S; Kracher, B; Neumann, U; Ramírez, D; Bucher, M; O’Connell, Richard J; Schulze-Lefert, P. 2016. "Root endophyte Colletotrichum tofieldiae confers plant fitness benefits that are phosphate status dependent". Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2016.02.028".

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