Effects of sedimentary humic acids on endophytic microbiomesImplications and agronomical potential

Abstract

En la actual situación mundial, con una población en aumento a la par que un escenario de cambio climático, se requieren nuevas soluciones para una agricultura más sostenible. En este contexto, se propone el uso de los ácidos húmicos de origen sedimentario (AHS), para promover el crecimiento vegetal, así como la fertilidad del suelo. En las explotaciones agrícolas los AHS son aplicados normalmente como sprays foliares, sin embargo la mayoría de los estudios científicos que se han centrado en desentrañar su mecanismo de acción, lo han hecho mediante su aplicación directa a las raíces. Además, es desconocido el efecto de estas sustancias sobre la respuesta del microbioma vegetal. Los estudios sobre el microbioma han aumentado en los últimos años como consecuencia del advenimiento de la nueva generación de secuenciadores y la bajada de precios asociada a estas nuevas tecnologías. La mayoría de los esfuerzos en este campo se han centrado en el estudio de los microbiomas del suelo y de la rizosfera; consecuentemente, el microbioma endófito sigue siendo pobremente entendido, debido principalmente a los desafíos intrínsecos a su estudio. Sin embargo, este microbioma es de una enorme importancia, debido a que puede ser heredado por la descendencia. Por todas estas razones, en esta tesis se ha evaluado cómo los AHS, según su estrategia de aplicación, impactan en el microbioma endófito. Para ello se caracterizaron los cambios hormonales, fenológicos y bioquímicos provocados por la aplicación foliar de los AHS en plantas de pepino. Después, se evaluó el efecto de los AHS en la composición del microbioma endófito de plantas de pepino, así como si el tipo de aplicación de los AHS promovía o inhibía ciertas poblaciones microbianas. Al mismo tiempo, se aislaron endófitos bacterianos de plantas de pepino previamente tratadas con AHS. Estos aislados bacterianos fueron caracterizados y clasificados en función de la presencia de características típicamente promotoras del crecimiento vegetal (adquisición de nitrógeno, hierro y fósforo, y la producción de fitohormonas). Finalmente, se probó el efecto promotor de crecimiento vegetal de los AHS en plantas de cebada crecidas en invernadero y con diferentes regímenes de fertilización nitrogenada, con el objetivo de evaluar la respuesta del microbioma endófito en un escenario más realista. Los principales resultados de este trabajo mostraron que aplicar AHS sin importar la estrategia de aplicación incrementa el crecimiento vegetal, pero el mecanismo de acción para cada tipo de aplicación es distinto. Al contrario que la aplicación radicular de AHS, la aplicación foliar no induce la actividad de la H+-ATPasa de membrana plasmática, la concentración en raíz de ABA y ni el crecimiento de raíces laterales mediado por IAA. Sin embargo, este tipo de aplicación incrementó la longitud de las raíces principal y secundarias, modificó la superficie foliar y el contenido de almidón cloroplástico, así como la concentración de JA, JA-Ile y SA tanto en la raíz como en la hoja. Además, se observó que la aplicación de AHS modificaba significativamente la composición del microbioma endófito vegetal; aunque el efecto es distinto en hongos o bacterias y los diferentes compartimentos vegetales. La aplicación de AHS afectó negativamente las comunidades fúngicas, mientras que la riqueza bacteriana aumentó. Estos grupos bacterianos promovidos por el uso de AHS también se encontraron entre los aislados y caracterizados. Los candidatos más prometedores como promotores del crecimiento fueron los géneros Pseudomonas, Stenotrophomonas, Sphingomonas y Arthrobacter. La mayoría de los aislados encontrados fueron capaces de crecer en medio libre de nitrógeno y de producir fitohormonas. Finalmente, la fertilización nitrogenada modificó levemente las comunidades microbianas, aunque su combinación con los AHS aumentó el reclutamiento de microorganismos fijadores de nitrógeno.