Laboratorio de Estrés Abiótico y Biótico en Plantas

Las legumbres son una de las fuentes más importantes de alimento humano y forraje animal. Por otra parte, la economía de la Cuenca del Río Salado constituye la zona de cría de ganado más importante de Argentina, y mucha de la alimentación animal se fundamenta en especies de esta familia. Entre ellas, Lotus spp. y alfalfa (Medicago sativa) se han cultivado tradicionalmente como forrajes. Para el fundamento de este Proyecto, tenemos en cuenta que, a pesar de las cualidades sobresalientes de la gran parte de los suelos de la región pampeana, casi el 60% de la superficie de la cuenca está dominada por los suelos afectados por sales con severas limitaciones para la agricultura. Para hacer frente a esa limitación, los productores han utilizado especies como L. tenuis, que muestra una muy buena adaptación a este tipo de suelos. Como resultado, se ha propuesto la siembra simultánea de L. tenuis como una estrategia de elección para mejorar la producción de forraje. Sin embargo, la calidad del forraje de L. tenuis es aún menor en comparación con otras leguminosas. Además, algunos investigadores han afirmado que esta especie podría utilizarse para la recuperación de suelos sódicos, aunque se sabe poco sobre su potencial. El aumento de la calidad del suelo por estos medios se logra mediante un incremento del contenido de materia orgánica, la mejora de la fertilidad del suelo y la actividad microbiana y enzimática. Por lo tanto, la introducción de L. tenuis y / u otros genotipos de Lotus podría tener enormes beneficios para tierras restringidas similares en todo el mundo. Se debe tener en cuenta que estos cambios en la calidad del suelo están estrechamente relacionados con los cambios en la microflora, un factor clave en la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Esto se debe esencialmente a las menores emisiones de GEI del suelo y al mayor secuestro de C del suelo. Por lo tanto, se concibe que la introducción de nuevas especies de leguminosas debe ir acompañada de un análisis exhaustivo de sus implicaciones ecológicas. En este proyecto, planeamos un análisis integrado de los cambios que ocurren en los suelos bajo la producción de leguminosas, no limitándose sólo en analizar la diversidad microbiana asociada a estos cultivos, sino también las características físicas y químicas del suelo y el impacto de diferentes asociaciones de leguminosas y los microorganismos en la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, nos proponemos tratar de identificar los principales determinantes genéticos asociados con rasgos agronómicos de interés para los productores de leguminosas forrajeras, como la tolerancia de las plantas frente a patógenos y el contenido de taninos condensados. Esperamos que nuestra investigación construya una base sólida para el mejoramiento de especies de importancia agronómica y el desarrollo de mejores estrategias para el manejo de tierras restringidas, lo cual compromete la participación de colegas del INTA, de otros Institutos del CONICET, de la UBA y de la UNNE en el país. Asimismo, El proyecto aprobado conlleva actividades vigentes con grupos colegas localizados en Brasil, Uruguay, EEUU, Portugal, España, Italia y Alemania.

ACRÓNIMO: LO-GANARE. LOtus spp.para una mejor GANadería en los Ambientes REstrictivos.

A nivel mundial, las condiciones ambientales restrictivas afectan una importante superficie dedicada a las actividades agrícola-ganaderas (FAO 2005). En la Argentina, uno de los agroecosistemas más restrictivos constituye la Pampa Deprimida del Salado (PDS), donde el 60% de sus 8-9 millones de has se ven afectadas por condiciones de anegamiento, salinidad, alcalinidad y/o deficiencia de nutrientes. Dicha región es económicamente estratégica para la Argentina por su producción pecuaria, predominando la cría y recría ganadera que utiliza como base forrajera los pastizales naturales que allí se desarrollan. Debido a que estos pastizales carecen de leguminosas nativas con aporte significativo de forraje, la naturalización de Lotus tenuis en la región constituye un hecho de suma importancia económica y medioambiental. Esta leguminosa de origen mediterráneo cumple un importante rol en la sustentabilidad del agroecosistema, ya que su incorporación ha mejorado la producción y calidad forrajera, así como las condiciones edáficas a través de la fijación biológica de nitrógeno.

Por otra parte, debido al actual corrimiento de la “frontera agrícola”, las zonas restrictivas de la PDS están siendo sometidas a un uso ganadero más intensivo, lo que torna ineludible la necesidad de mejorar la oferta forrajera. Una forma de lograrlo es a través de técnicas de manejo que promocionan la implantación y persistencia de L. tenuis, tecnología actualmente en desarrollo en la Chacra Experimental Integrada Chascomús (CEICh). Simultáneamente, existe la posibilidad de obtener cultivares de L. tenuis superiores en sus características forrajeras y en su tolerancia a las condiciones restrictivas. Teniendo en cuenta ello, en nuestro laboratorio hemos desarrollado un híbrido interespecífico entre L. tenuis y L. corniculatus, el cual presenta aspectos forrajeros inéditos y relevantes, por lo cual fue reconocido en la sección “Innovaciones para el Agro” de la Convocatoria INNOVAR 2009. Es nuestra intención promover la obtención de una población pre-comercial del material híbrido seleccionado junto con sus bio-inoculantes específicos, y procurar nuevas transferencias, aplicando criterios tecnológicos similares.

Este Proyecto, aborda TEMAS ESTRATÉGICOS incluidos en el PLAN ARGENTINA INNOVADORA 2020 (Sector Agroindustria), y sus resultados pueden incidir directamente sobre la producción de alimentos, contribuyendo al mejoramiento genético de una especie forrajera clave, al mismo tiempo de abordar la evaluación de microorganismos promotores del crecimiento vegetal. Su éxito permitirá una mejor producción animal y la validación de la inocuidad de nuevos sistemas de producción de carnes de origen vacuno, ya que todo incremento en la producción de forraje de la PDS, conllevará una sustancial mejora en el desarrollo económico sustentable del área de mayor actividad de cría vacuna de la Argentina, y por ende, en un producto nacional tradicional, pero diferenciado: “Carne sobre Pasturas”.

ACRÓNIMO: Lotus spp y la NUTRición Animal. (LO-NUTRA).

A nivel mundial, las condiciones ambientales restrictivas afectan una importante superficie dedicada a las actividades agrícola-ganaderas (FAO 2005). En la Argentina, uno de los agroecosistemas más restrictivos constituye la Pampa Deprimida del Salado (PDS), donde el 60% de sus 8-9 millones de has se ven afectadas por condiciones de anegamiento, salinidad, alcalinidad y/o deficiencia de nutrientes. Dicha región es económicamente estratégica para la Argentina por su producción pecuaria, predominando la cría y recría ganadera que utiliza como base forrajera los pastizales naturales que allí se desarrollan. Debido a que estos pastizales carecen de leguminosas nativas con aporte significativo de forraje, la naturalización de Lotus tenuis en la región constituye un hecho de suma importancia económica y medioambiental. Esta leguminosa de origen mediterráneo cumple un importante rol en la sustentabilidad del agroecosistema, ya que su incorporación ha mejorado la producción y calidad forrajera, así como las condiciones edáficas a través de la fijación biológica de nitrógeno.

Por otra parte, debido al actual corrimiento de la “frontera agrícola”, las zonas restrictivas de la PDS están siendo sometidas a un uso ganadero más intensivo, lo que torna ineludible la necesidad de mejorar la oferta forrajera. Una forma de lograrlo es a través de técnicas de manejo que promocionan la implantación y persistencia de L. tenuis, tecnología actualmente en desarrollo en la Chacra Experimental Integrada Chascomús (CEICh). Simultáneamente, existe la posibilidad de obtener cultivares de L. tenuis superiores en sus características forrajeras y en su tolerancia a las condiciones restrictivas. Teniendo en cuenta ello, en nuestro laboratorio hemos desarrollado un híbrido interespecífico entre L. tenuis y L. corniculatus, el cual presenta aspectos forrajeros inéditos y relevantes, por lo cual fue reconocido en la sección “Innovaciones para el Agro” de la Convocatoria INNOVAR 2009. Es nuestra intención promover la obtención de una población pre-comercial del material híbrido seleccionado junto con sus bio-inoculantes específicos, y procurar nuevas transferencias, aplicando criterios tecnológicos similares.

Este Proyecto, aborda TEMAS ESTRATÉGICOS incluidos en el PLAN ARGENTINA INNOVADORA 2020 (Sector Agroindustria), y sus resultados pueden incidir directamente sobre la producción de alimentos, contribuyendo al mejoramiento genético de una especie forrajera clave, al mismo tiempo de abordar la evaluación de microorganismos promotores del crecimiento vegetal. Su éxito permitirá una mejor producción animal y la validación de la inocuidad de nuevos sistemas de producción de carnes de origen vacuno, ya que todo incremento en la producción de forraje de la PDS, conllevará una sustancial mejora en el desarrollo económico sustentable del área de mayor actividad de cría vacuna de la Argentina, y por ende, en un producto nacional tradicional, pero diferenciado: “Carne sobre Pasturas”.

Las poliaminas son compuestos orgánicos policatiónicos esenciales para el desarrollo y la diferenciación de todos los seres vivos. Debido a su carga neta positiva a pH fisiológico, las mismas ejercen múltiples funciones al interactuar con moléculas tales como ácidos nucleicos y fosfolípidos. Los cambios en los niveles intracelulares de poliaminas que ocurren en plantas y microorganismos están asociados con una gran variedad de cambios fisiológicos y morfológicos, y obedecen a una regulación ajustada de las vías de síntesis, degradación y transporte. Si bien se sabe que las poliaminas son actores esenciales en la defensa vegetal y la virulencia de fitopatógenos, muy poco se sabe sobre la cinética de expresión de los genes de este metabolismo como también de los mecanismos de regulación que operan sobre los mismos durante las interacciones que establecen estos organismos. Nuestro grupo ha contribuido a esta temática al evaluar los cambios que ocurren en el metabolismo de poliaminas durante las infecciones originadas por la bacteria hemibiotrófica P. syringae y hongos necrotróficos tal como Sclerotinia sclerotiorum. Así, hemos determinado que tanto los genes de las enzimas de la biosíntesis como del catabolismo de poliaminas son inducidos en plantas y microorganismos durante el establecimiento de la interacción patogénica, lo que conduce a la acumulación de la poliamina putrescina en el apoplasto vegetal. Para llevar a cabo todos estos estudios, contamos con diversas líneas de Arabidopsis mutantes y sobre-expresoras de genes involucrados en el metabolismo de poliaminas. Por otra parte, disponemos de cepas de P. syringae mutantes en genes claves del metabolismo de dichos compuestos y estamos trabajando en la obtención de mutantes de dichos genes en otros modelos, tales como la bacteria necrotrófica Pectobacterium carotovorum y hongos del género Fusarium.  Al abordar la temática utilizando microorganismos con distintas estrategias de patogénesis podremos evidenciar similitudes y diferencias a nivel de metabolismo de poliaminas.

Las oleaginosas y los cereales constituyen los cultivos extensivos por excelencia de la Argentina, debido a que aportan la mayor parte de las divisas y un alto porcentaje de la base alimentaria de la población. El cultivo de colza o canola (Brassica napus L) es fundamental para nuestro país debido a que es la única oleaginosa que se siembra a contra-estación de las otras dos especies oleaginosas importantes como lo son la soja y el girasol. Por otra parte, a nivel mundial la colza es el segundo cultivo oleaginoso en importancia. Entre las enfermedades más importantes que afectan a este cultivo a nivel mundial se destaca el denominado cancro de la base del tallo o necrosis del cuello causada por Phoma. Esta enfermedad es provocada por un complejo de hongos que incluye a Leptosphaeria maculans (la forma perfecta de P. lingam) y L. biglobosa, dos especies que atacan a la mayoría de las crucíferas. El agente causal del cancro de la base del tallo, L. maculans, puede ser clasificado en diferentes grupos de patogenicidad (PGs) de acuerdo al fenotipo de la interacción que se da entre aislamientos que presentan diferentes genes de avirulencia (Avr) y un set diferencial de cultivares de colza. La identificación de los grupos de patogenicidad se basa en la teoría de la interacción gen por gen, donde el fenotipo de la interacción (susceptibilidad o resistencia) depende de la presencia de genes de resistencia (R) en la planta y su correspondiente gen Avr en el patógeno. En nuestro país la presencia de L. maculans en cultivos de colza se reportó por primera vez en el año 2001, aunque aún se desconoce cuáles son los PG aquí presentes. Por lo tanto, el uso de cultivos resistentes a un determinado patógeno depende no solo del uso de cultivares portadores de resistencia cualitativa sino también del conocimiento de los genes Avr que portan las poblaciones de patógenos presentes en el territorio donde se cultiva dicha especie. En este sentido, nuestro objetivo es la obtención información para el uso adecuado de cultivares resistentes al cancro de la base del tallo, evaluando para ello la prevalencia de L. maculans y L. biglobosa como agentes causales de la enfermedad, la identificación de los PGs asociados a los aislamientos de L. maculans, la resistencia de los mismos a fungicidas y la determinación de los genes de resistencia especifica presente en los cultivares comercializados en nuestro país. Los resultados aquí obtenidos generarán información original y de aplicación directa por parte de las empresas productoras de semilla de colza, para la utilización de cultivares resistentes a dicha enfermedad en nuestro país. Por otra parte, L. maculans produce una serie de metabolitos secundarios con una potente actividad fitotóxica, entre las principales toxinas producidas se encuentra Sirodesmina PL, se ha demostrado que esta toxina es importante para el hongo para la formación del cancro en la base del tallo de plantas de colza, sin embargo no se conoce en la actualidad su mecanismo de acción. En este sentido nos encontramos evaluando el efecto de dicha toxina en plantas de colza a nivel fisiológico, bioquímico y molecular.

La producción de hortalizas tiene un gran peso en la producción de origen agropecuario a nivel mundial, ocupando el segundo lugar después de los cereales. Algunas de las principales problemáticas relacionadas a la producción en los cinturones hortícolas son que las prácticas culturales utilizadas en la producción de hortalizas atentan contra la sustentabilidad del sistema y el ambiente, y hay una alta incidencia de enfermedades y plagas. Estas problemáticas llevan a buscar alternativas a las prácticas tradicionales que sean más amigables con el medio ambiente, como puede ser el control biológico de enfermedades. En comparación con los pesticidas y fertilizantes químicos, los inoculantes microbianos tienen varias ventajas: son más seguros, muestran menor daño ambiental y potencialmente un menor riesgo para la salud humana, son efectivos en pequeñas cantidades, se multiplican ellos mismos y son controlados de “forma ecológica”  tanto por la planta como por las comunidades microbianas nativas, no desarrollan resistencia en el patógeno blanco y pueden ser usados en sistemas convencionales como también en sistemas de manejo integrado de plagas. El control biológico de patógenos vegetales utilizando bacterias antagonistas es una estrategia prometedora para el control de la sanidad vegetal. En este sentido, las bacterias endofitas han ganado gran atención en los últimos años debido a su potencial para el desarrollo de diferentes aplicaciones biotecnológicas para la agricultura. El principal objetivo de esta línea es obtener un agente de control biológico contra la podredumbre negra (ocasionada por la bacteria Xanthomonas campestris pv campestris) de brasicáceas de importancia hortícola como repollo y brócoli. Por otro lado, en las interacciones entre plantas y microorganismos fitopatógenos, la síntesis y degradación de poliaminas por parte de enzimas vegetales cumple un papel fundamental en la defensa vegetal. En particular, se ha demostrado que el metabolismo de poliaminas es inducido en el apoplasto vegetal, siendo este compartimento la localización principal tanto de P. syringae así como de bacterias endófitas. Sin embargo, poco se ha evaluado respecto del metabolismo de estos compuestos en microorganismos endofitos. Más aún, se desconoce la importancia y los mecanismos que regulan el metabolismo de poliaminas de bacterias endofitas en el apoplasto vegetal. En base a esto, el objetivo principal de esta línea es profundizar el conocimiento sobre los mecanismos bioquímicos y moleculares que tienen lugar durante la interacción entre plantas y microorganismos beneficiosos. Enfocándonos principalmente en la interacción de plantas de colza con bacterias endofitas capaces de colonizar el espacio apoplástico de las hojas. En particular, estudiamos los cambios producidos en el metabolismo de poliaminas de las bacterias endofitas cuando estas crecen en este compartimiento celular, centrando la atención en el papel que cumplen estos compuestos durante la colonización de la planta, así como la promoción del crecimiento de las mismas y la protección frente a patógenos que es conferida por parte de este tipo de bacterias.

Campestre MP, Antonelli CJ, Castagno NL, Maguire VG, Ruiz OA. Interspecific hybridization and inoculation with Pantoea eucalypti improve forage performance of Lotus crop species under alkaline stress. Plant Biology 26, 143-345. 2024. https://doi.org/10.1111/plb.13614

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Van de Wouw AP,  Scanlan JL, Al-Mamun HA, Balesdent MH, Bousset L, Burketová L, del Rio Mendoza L, Dilantha Fernando WG, Franke C, Howlett BJ, Huang YJ, Jones EE, Koopman B, Lob S, Mirabadi AZ, Nugent B, Peng G, Rossi FR, Schreuder H, Tabone AR, Van Coller GJ, Batley J, Idnurm A. A new set of international Leptosphaeria maculans isolates as a resource for elucidation of the basis and evolution of blackleg disease on Brassica napus. Plant Pathology 73, 170-185. 2024. https://doi.org/10.1111/ppa.13801

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