Laboratorio de Interacciones Planta Microorganismo

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.

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)

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).

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.

Castagno LN, Sannazzaro AI, González ME, Pieckenstain FL, Estrella MJ. Phosphobacteria as key actors to overcome phosphorus deficiency in plants. Annals of Aplied Biology 178: 256–267. 2021. https://doi.org/10.1111/aab.12673

Cumpa-Velásquez LM, Moriconi JI, Dip DP, Castagno LN, Puig ML, Maiale SJ, Santa María GE, Sannazzaro AI, Estrella MJ. Prospecting phosphate solubilizing bacteria in alkaline-sodic environments reveals intra-specific variability in Pantoea eucalypti affecting nutrient acquisition and rhizobial nodulation in Lotus tenuis. Applied Soil Ecology 168, 104125. 2021. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2021.104125

Gonzalez ME, Jasso Robles FI, Flores Hernández E, Rodríguez Kessler M, Pieckenstain FL. Current status and perspectives on the role of polyamines in plant immunity. Annals of Aplied Biology 178: 244–255. 2021.  https://doi.org/10.1111/aab.12670

Rossi FR, Gárriz A, Marina M, Pieckenstain FL. Modulation of polyamine metabolism in Arabidopsis thaliana by salicylic acid. Physiologia Plantarum 173, 843-855. 2021. https://doi.org/10.1111/ppl.13478

Chaín JM, Tubert E, Graciano C, Castagno LN, Recchi M, Pieckenstain FL, Estrella MJ, Gudesblat G, Amodeo G, Baroli I. Growth promotion and protection from drought in Eucalyptus grandis seedlings inoculated with beneficial bacteria embedded in a superabsorbent polymer. Scientific Reports 10, 18221. 2020. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75212-4

Jasso-Robles FI, Gonzalez ME, Pieckenstain FL, Ramírez-García JM, Guerrero-González ML, Jiménez-Bremont JF, Rodríguez-Kessler M. Decrease of Arabidopsis PAO activity entails increased RBOH activity, ROS content and altered responses to Pseudomonas. Plant Sci. 292: 110372. 2020. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.110372

Vignatti P, Gonzalez ME, Jofré EC, Bolívar-Anillo HJ, Moraga J, Viaud M, Collado IG, Pieckenstain FL. Botrydial confers Botrytis cinerea the ability to antagonize soil and phyllospheric bacteria. Fungal Biol. 124: 54-64. 2020. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2019.11.003

Marina M, Romero FM, Villarreal NM, Medina AJ, Gárriz A, Rossi FR, Martinez GA, Pieckenstain FL. Mechanisms of plant protection against two oxalate-producing fungal pathogens by oxalotrophic strains of Stenotrophomonas spp. Plant Mol Biol. 100: 659-674. 2019. https://doi.org/10.1007/s11103-019-00888-w