Laboratorio de Interacciones Planta Microorganismo

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Ø Integrantes

Directores

Dr Fernando Pieckenstain Investigador Independiente CONICET Profesor Adjunto UNSAM pieckenstain@intech.gov.ar

Dra María Elisa Gonzalez Investigadora Asistente CONICET, Jefe Trabajos Prácticos UNSAM

Dr Nazareno Castagno Investigador Asistente CONICET, Jefe Trabajos Prácticos UNSAM ncastagno@intech.gov.ar

Lic Paulina Vignatti Becaria Doctoral CONICET/UNSAM pvignatti@intech.gov.ar

Francisco Ignacio Jasso Robles Becario doctoral UASLP, México, Tesis co-tut

Franco Vitullo Estudiante Ingeniería en Agrobiotecnología UNSAM franvitullo@gmail.com

Rosario Lastra Estudiante Ingeniería en Agrobiotecnología UNSAM

Ø Líneas de Investigación

En la naturaleza, las plantas interaccionan constantemente con una gran variedad de microorganismos, los afectan profundamente su crecimiento, desarrollo y capacidad de adaptación a cambios en las condiciones ambientales. En el Laboratorio de Interacciones Planta Microorganismo estudiamos las relaciones establecidas entre las plantas y microorganismos patógenos, así como también microorganismos beneficiosos, capaces de promover el crecimiento vegetal. Al mismo tiempo, estudiamos las interacciones que ocurren entre distintos microorganismos que componen la microbiota asociada a las plantas. Para ello, realizamos aproximaciones que combinan diferentes metodologías y técnicas de microbiología, bioquímica, genómica y biología molecular y celular. El conocimiento de las complejas interacciones entre las plantas y los integrantes de la microbiota, permite diseñar estrategias para el control de enfermedades y mejorar la performance agronómica de los cultivos.

Mecanismos de patogenicidad del hongo Botrytis cinerea.

Las enfermedades de plantas causadas por microorganismos patógenos afectan gravemente la producción agrícola a nivel mundial. Los patógenos necrotrofos se caracterizan por desplegar una compleja maquinaria que lleva a la muerte de las células de la planta infectada, lo cual les permite utilizar los nutrientes liberados a partir de las mismas. El hongo Botrytis cinerea es uno de tales patógenos y ataca a cientos de especies vegetales en todo el mundo. B. cinerea es ampliamente usado como modelo para estudiar los mecanismos de patogenicidad de hongos necrotrofos. En nuestro laboratorio, estudiamos los mecanismos por los cuales el botrydial, un compuesto fitotóxico producido por B. cinerea, provoca la muerte celular en sus hospedantes. Realizando estudios con las plantas modelo Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum (tabaco), encontramos que el botrydial es una herramienta usada por B. cinerea para desencadenar la respuesta hipersensible en la planta, un tipo de muerte celular programada que lleva a la producción de tejido muerto usado por el hongo para nutrirse (Rossi et al 2011). Actualmente desarrollamos estudios para identificar los blancos de acción del botrydial y entender los mecanismos por los cuales desencadena la respuesta hipersensible.

Por otra parte, u no de los eventos que ocurren durante la respuesta hipersensible es la producción de especies reactivas del oxígeno (EROs) en el sitio de infección, por parte de las células vegetales. Las EROs desempeñan importantes funciones como moléculas señal y contribuyen a la muerte celular del hospedante. En nuestro laboratorio hemos verificado que dentro de las distintas fuentes de EROs, las producidas en el cloroplasto desempeñan un papel importante en el desarrollo de lesiones provocadas por B. cinerea, y que la modulación de los niveles de EROs producidas en el cloroplasto puede incrementar la resistencia de plantas a B. cinerea (Rossi et al 2017). Este trabajo forma parte de una colaboración con el grupo de Biología del Estrés en Plantas, del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario

La interacción de B. cinerea con otros microorganismos asociados a sus hospedantes
Además del papel del botrydial en la generación de daño en los tejidos vegetales, estudiamos el rol de este compuesto en la interacción de B. cinerea con los microorganismos que componen la microbiota asociada a los hospedantes de B. cinerea. Hemos verificado que este compuesto permite a B. cinerea ejercer efectos antagónicos sobre diferentes especies de bacterias provenientes del filoplano de cultivos hortícolas. En particular, hemos comprobado que algunas especies del género Bacillus, que tienen un probado potencial de control biológico de enfermedades de plantas, pueden ser inhibidas por B. cinerea mediante la acción del botrydial (Vignatti et al, enviado a publicación). Este hallazgo tiene implicancias en la selección de microorganismos para su uso como agentes de control biológico de enfermedades producidas por B. cinerea. Una de las perspectivas inmediatas de esta línea de investigación es el uso de técnicas de secuenciación masiva para analizar los efectos del botrydial sobre la composición de las microbiota asociada a cultivos susceptibles al ataque de B. cinerea. En esta línea de investigación colaboramos con el Laboratorio de Biología Molecular de las Interacciones Planta Bacteria de la Facultad de Ciencias Exactas, Físico Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Río Cuarto), el grupo de Diseño Biosintético de Fungicidas (Facultad de Ciencias, Universidad de Cádiz, España) y el UMR-BIOGER (Institute National de la Récherche Agronomique, Francia)

Diversidad de la microbiota de cultivos hortícolas y control biológico de enfermedades.
Otra línea de trabajo del laboratorio apunta a conocer la composición y diversidad de las comunidades bacterianas asociadas a especies hortícolas, entender los mecanismos de colonización de plantas por tales microorganismos e identificar aquellos que tienen el potencial de actuar como agentes de control biológico de enfermedades causadas por microorganismos patógenos. Algunos logros parciales han sido el análisis de la composición de las comunidades de bacterias endofitas de hojas de tomate (Romero et al 2014 y la identificación de bacterias capaces de promover el crecimiento de plantas tomate y conferir protección contra el ataque de B. cinerea y otros patógenos (Romero et al 2016).

 

Mecanismos de colonización de hojas por bacterias beneficiosas.

En el transcurso de nuestro trabajo identificamos bacterias endofitas de hojas de especies hortícolas, y nos propusimos entender de que manera las mismas colonizan el interior de tales tejidos. En particular, nos interesa determinar si las bacterias endofitas beneficiosas para las plantas, poseen la capacidad de colonizar hojas utilizando los poros estomáticos como vía de entrada. Dichas capacidad ha sido demostrada para algunas especies de bacterias patógenas, pero no para bacterias beneficiosas. Este tema se desarrolla en conjunto con el Dr Gustavo Gudesblat, de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires. Este proyecto aun incipiente nos ha permitido identificar bacterias que son capaces de inducir la apertura de estomas, y a la vez proteger a las plantas contra el ataque de patógenos. Al presente estamos estudiando los mecanismos moleculares involucrados en dicho proceso, los cuales tienen implicancias en el desarrollo de agentes de control biológico capaces de colonizar hojas endofíticamente luego de ser aplicados foliarmente.

El catabolismo de poliaminas en los mecanismos de defensa de las plantas ante el ataque de patógenos.
Otra línea de trabajo se enfoca en el papel que las poliaminas, y en particular el catabolismo de las mismas, en los procesos de señalización de respuesta de defensa de las plantas ante el ataque de patógenos con distintas estrategias de patogénesis. Las poliaminas son compuestos policatiónicos esenciales para todos los seres vivos. Su papel como moléculas señal en respuesta a situaciones de estrés ha sido ampliamente estudiado (González et al 2011, Rossi et al 2015). En relación con esta línea de investigación, actualmente colaboramos con el grupo de la Dra Margarita Rodríguez y Dominguez Kessler, de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (México) en entender el papel de distintas isoformas de poliaminooxidasas de Arabidopsis thaliana en la degradación de poliaminas, la generación de EROs y la señalización de respuestas de defensa (Jasso Robles et al 2016).
Bacterias solubilizadoras de hierro y fosfato antagonistas de hongos fitopatógenos del género Fusarium. Desarrollo de bioformulaciones para incrementar la productividad y calidad de pasturas en la región pampeana. Esta línea de trabajo apunta al desarrollo de herramientas para incrementar la fertilidad de los suelos y la productividad de las pasturas de la región pampeana. La estrategia se basa en la selección y aplicación a campo de microorganismos capaces de promover el crecimiento de dos especies de
gramíneas, festuca (Lolium arundinaceum) y agropiro (Thinopyrum ponticum) y dos especies de leguminosas, trébol blanco (Trifolium repens) y trébol rojo (Trifolium pratense), las cuales integran asociaciones forrajeras de gran relevancia para la región. En particular, se identifican y evalúan bacterias capaces de promover el crecimiento de las especies vegetales mediante el aumento de la disponibilidad de fósforo y hierro, y reduciendo además la incidencia de enfermedades causadas por microorganismos patógenos. Se estudia además el impacto de la aplicación de las bacterias promotoras del crecimiento sobre la estructura de las comunidades vegetales y las comunidades de microorganismos del suelo. Esta línea se desarrolla en conjunto con el Laboratorio de Microbiología del Suelo del INTECH.

Publicaciones

Rossi FR, AR Krapp, F Bisaro, SJ Maiale, FL Pieckenstain* & N Carrillo* (2017). Reactive oxygen species generated in chloroplasts contribute to tobacco leaf infection by the necrotrophic fungus Botrytis cinerea. The Plant Journal 92:761-773. * Co-autores de correspondencia.Jasso-Robles FI, JF Jiménez-Bremont, A Becerra-Flora, M Juárez-Montiel, ME Gonzalez, FL Pieckenstain, RF García de la Cruz, M Rodríguez-Kessler (2016). Inhibition of polyamine oxidase activity affects tumor development during the maize-Ustilago maydis interaction. Plant Physiology and Biochemistry 102:115124.
Romero FM, M Marina, FL Pieckenstain (2016). Novel components of leafendophytic bacterial communities of field-grown tomato plants and their potential for plant growth promotion and biocontrol of tomato diseases. Research in Microbiology 167:222-233
Rossi FR, M Marina, FL Pieckenstain (2015). Role of Arginine Decarboxylase (ADC) in Arabidopsis thaliana defence against the pathogenic bacterium Pseudomonas viridiflava. Plant Biology 17:831-839
Romero FM, M Marina, FL Pieckenstain (2014). The communities of tomato (Solanum lycopersicum L.) leaf-endophytic bacteria, analyzed by 16S-ribosomal DNA pyrosequencing. FEMS Microbiology Letters 351:187-194.
Castagno LN, I García, AI Sannazzaro, M Bailleres, R Mendoza, O Ruiz, MJ Estrella (2014). Growth, nutrient uptake and symbiosis with rhizobia and arbuscular mycorrhizal fungi in Lotus tenuis plants fertilized with different phosphate sources and inoculated with the phosphate-solubilizing bacterium Pantoea eucalypti M91. Plant Soil 385:357–371.

Gonzalez ME, F Marco, E Gómez Minguet, P Carrasco Sorli, MA. Blázquez, J Carbonell, OA Ruiz, FL Pieckenstain (2011). Perturbation of spermine synthase gene expression and transcript profiling provide new insights on the role of the tetraamine spermine in Arabidopsis defense against Pseudomonas viridiflava. Plant Physiology 156:2266-2277. doi: 10.1104/pp.110.171413.
Rossi FR, A Gárriz, M Marina, FM Romero, ME Gonzalez, I González Collado, FL Pieckenstain (2011). The sesquiterpene botrydial produced by Botrytis cinerea induces the hypersensitive response on plant tissues and its action is modulated by salicylic acid and jasmonic acid signaling. Molecular Plant Microbe Interactions 24:888-896.

Subsidios

PICT 2014-3286: La colonización de hojas por bacterias endofitas. Estudio de los mecanismos moleculares involucrados y su aplicación a la protección de cultivos contra enfermedades causadas por microorganismos. Investigador Responsable: Dr Fernando Pieckenstain

PIP 112 201501 00903 CO: Estudio de los mecanismos moleculares involucrados en la regulación de la colonización de hojas por bacterias endofitas beneficiosas. Su aplicación al control biológico de enfermedades en especies vegetales cultivadas. Investigador Responsable: Fernando Pieckenstain

PICT 2017-3510: Estrategias para el control biológico de la mancha bacteriana del tomate mediante la aplicación de formulaciones de Bacillus amyloliquefaciens MEP 218. Investigador Responsable: Dr Edgardo Jofré (FCEFQyN, UNRC). Integrante del grupo responsable: Dr Fernando Pieckenstain

PICT-2015-3772: Bacterias solubilizadoras de hierro y fosfato antagonistas de hongos fitopatógenos del género Fusarium. Su aplicación al desarrollo de bioformulaciones para incrementar la productividad y calidad de pasturas en la región pampeana.
Prestación de Servicios Tecnológicos de Alto Nivel
STAN (ST3135): Análisis de calidad de inoculantes para tratamientos profesionales de semillas