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10.4: Cerego- Diversidad vegetal - Biología

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Es tentador ver diferentes temas como completamente separados, pero de hecho las ideas que cubrimos en este curso a menudo están conectadas entre sí. El uso de este conjunto de prácticas puede ayudarle a obtener buenos resultados tanto en este módulo como a medida que avanza en el curso.

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Cultivo de protoplastos: etapas y métodos | Biotecnología

En este artículo discutiremos sobre las etapas y métodos del cultivo de protoplastos.

Los protoplastos aislados se cultivan en un medio líquido o en un medio de agar semisólido en una capa fina o como pequeñas gotas de medio nutritivo en petridish. El medio para cultivo de protoplastos requiere el mismo componente que se requiere para cultivo de cal & shylus o suspensión.

El aumento de la concentración de calcio solo ayuda a mantener la integridad de la membrana. Generalmente los medios requieren más cantidad de azúcar. Las vitaminas y sustancias de crecimiento se utilizan según los requisitos para la división celular, la formación de callos y luego la diferenciación.

La densidad de placa es otro criterio importante para el cultivo de protoplastos, una densidad de 1 x 10 4 a 1 x 10 5 protoplastos por ml es óptima, densidades tan altas son útiles para la división más temprana de los protoplastos de plantas, mientras que la densidad se reduce subsiguientemente durante el progreso del cultivo.

Etapas del cultivo de protoplastos:

El cultivo de protoplastos tiene principalmente cuatro etapas de desarrollo. El protoplasto viable en cultivo regenera su propia pared a su alrededor y luego se prepara para la división celular. La división celular secuencial conduce a la formación de callos.

A partir de este callo por diferenciación organogenética o embriogenética, pueden desarrollarse plántulas o embriones (fig. 20.2). Pero como todos estos se derivan de un solo protoplasto, todos los regenerados tienen el mismo tipo de constituyente genético.

La regeneración de la pared celular es el primer requisito previo para la división celular, después de la formación de la pared, las células de la pared se expanden y se dividen en dos células por igual, lo que parece & # 82168 & # 8217. Después de la primera división, cada célula hija se divide en dos células. La división repetida da como resultado la formación de grupos de células o agregados de células.

Todas las células derivadas de protoplastos no se dividen. Varios factores, como el genotipo de la planta donante, el medio de cultivo, las hormonas y los factores físicos, son factores importantes para la división de protoplastos y la formación de callos. Después de la formación de los callos, estos se subcultivan a intervalos regulares para una mayor diferenciación mediante el uso de diferentes combinaciones de hormonas, lo que se denomina medio de regeneración vegetal (Fig. 20.3).

Métodos de cultivo de protoplastos:

Existen diferentes métodos de cultivo de protoplastos, como cultivo líquido, cultivo en agar, cultivo en gotitas, cocultivo, cultivo en gotitas colgantes, cultivo inmovilizado / de perlas y técnica de capa alimentadora (fig. 20.4A-D).

Este método es genéticamente preferido en la mayoría de los casos durante las primeras etapas de desarrollo de protoplastos, porque permite una fácil dilución y transferencia, los protoplastos se dividen fácilmente en medios líquidos, la presión osmótica del medio puede regularse y reducirse eficazmente durante el crecimiento posterior de protoplastos. La desventaja de este método es que no permite el aislamiento de colonias individuales derivadas de una célula madre.

La agarosa se usa con mayor frecuencia para solidificar los medios de cultivo y timidez de protoplastos. La suspensión de protoplastos se toma a doble densidad y se mezcla con medio de agar fundido a 45 ° C y se mezcla bien y se coloca en placa en petridish pequeño. Aquí los protoplastos permanecen en la misma posición e inmovilizados, se puede obtener la eficiencia adecuada de la placa, pero el cambio de medio se puede realizar solo después de la formación visible de callos.

Los protoplastos en suspensión en medios de cultivo líquidos se colocan sobre petridishes en forma de gotitas, los protoplastos cultivados se agrupan en el centro de las gotitas. El medio líquido se puede cambiar a intervalos regulares.

A veces, para inducir la división, la suspensión de protoplastos recién aislada se mezcla con una suspensión de protoplastos de crecimiento rápido fiable y se siembran en placa los protoplastos mixtos. Algunos factores de crecimiento ayudan a inducir el crecimiento y desarrollo adecuados de los protoplastos aislados.

5. Técnica de gota colgante:

El cultivo de protoplastos se puede hacer en una gota invertida en la superficie interna de la tapa de petridish, de esta manera se puede cultivar un número muy pequeño de protoplastos y tímidos. Una fina capa de medio líquido se mantiene en el petridish para mantener húmedo el ambiente dentro del petridish.

La suspensión de protoplastos se puede mezclar con cualquier tipo de polímero como alginato, carragenina, etc. y luego se hacen pequeñas perlas goteando en el medio líquido y luego se cultivan en medio líquido con agitación lenta.

En muchos casos es deseable reducir la densidad de la placa, luego una capa alimentadora que consiste en protoplastos vivos irradiados con X que no se dividen pero que viven se siembra en medio de agar y en esta capa los protoplastos aislados se siembran en una capa fina de medio líquido. Aquí, los protoplastos vivos pero que no se dividen proporcionan el requisito de crecimiento necesario para el menor número de protoplastos aislados.


Información del autor

Afiliaciones

Departamento de Ecología y Biología Evolutiva, Universidad de Arizona, Tucson, AZ, EE. UU.

Vanessa Buzzard, Sean T.Michaletz y Brian J. Enquist

Laboratorio Nacional de Los Alamos, División de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente, Los Alamos, Nuevo México, EE. UU.

Centro de Investigación del Departamento de Botánica y Biodiversidad, Universidad de Columbia Británica, Vancouver, Columbia Británica, Canadá

Instituto de Genómica Ambiental y Departamento de Microbiología y Biología Vegetal, Facultad de Ingeniería Civil y Ciencias Ambientales, Universidad de Oklahoma, Norman, OK, EE. UU.

Ye Deng, Zhili He, Daliang Ning, Lina Shen, Qichao Tu, Joy D. Van Nostrand, James W. Voordeckers, Jianjun Wang y Jizhong Zhou

Academia China de Ciencias, Laboratorio Clave de Biotecnología Ambiental, Centro de Investigación de Ciencias Ecoambientales, Beijing, China

Centro de Investigación de Microbiomía Ambiental, Facultad de Ciencias e Ingeniería Ambientales, Universidad Sun Yat-sen, Guangzhou, China

Laboratorio de Ciencias e Ingeniería Marinas del Sur de Guangdong, Zhuhai, China

Instituto de Ciencia y Tecnología Marinas, Universidad de Shandong, Qingdao, China

Grupo de Ecología Geográfica, Departamento de Biología, Universidad de Oklahoma, Norman, OK, EE. UU.

Michael D. Weiser y el amplificador Michael Kaspari

Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, Balboa, República de Panamá

Departamento de Biología, Universidad de Nuevo México, Albuquerque, NM, EE. UU.

Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Berkeley, CA, EE. UU.

Laboratorio conjunto clave estatal de simulación ambiental y control de la contaminación, Escuela de Medio Ambiente, Universidad de Tsinghua, Beijing, China


10.4: Cerego- Diversidad vegetal - Biología

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Antes de que las plantas colonizaran la tierra del mar, los continentes eran estériles. Ahora, millones de especies de microbios, plantas y animales viven en la tierra, y fue la evolución de las plantas terrestres lo que hizo posible todo esto.

Para comprender esta asombrosa transformación, primero es necesario comprender qué son exactamente las plantas y cómo evolucionaron para enfrentar los desafíos de la vida en la tierra.

Hay ciertas características que comparten todas las plantas, desde los árboles más altos hasta el musgo más pequeño. Primero, todas las plantas son eucariotas multicelulares.

En segundo lugar, las plantas producen el pigmento fotosintético clorofila en orgánulos llamados cloroplastos, lo que les permite producir sus propios alimentos utilizando la energía del sol. En tercer lugar, todas las plantas tienen células rodeadas por paredes hechas de celulosa.

Por último, todas las plantas tienen un ciclo de vida caracterizado por la alternancia de generaciones, definida como la transición entre las etapas multicelulares haploides y diploides a lo largo del ciclo de vida. Aquí, generaciones se refiere a dos fases multicelulares diferentes en el ciclo de vida.

Una fase es el gametofito haploide. El gametofito produce gametos por mitosis, que se fusionan durante la fertilización para formar una célula diploide, que luego se somete a mitosis para convertirse en un esporofito. El esporofito, a su vez, produce esporas haploides por meiosis, completando el ciclo dando lugar a nuevos gametofitos.

Aunque todas las plantas comparten estas características, existen grandes diferencias entre los diversos linajes de plantas en cómo se expresan algunas de estas características.

Las plantas terrestres se dividen en tres grupos principales, las plantas no vasculares, las plantas vasculares sin semillas y las plantas con semillas. Cada uno de estos grupos contiene muchos miles de especies.

A medida que avanzaba el tiempo evolutivo, los tres grupos desarrollaron diferentes rasgos que los caracterizan, desde el tejido vascular hasta la evolución de los frutos. Juntas, estas adaptaciones permitieron a las plantas dominar la mayoría de los biomas terrestres.

34.1: Introducción a la diversidad vegetal

Del agua a la tierra

Kingdom Plantae apareció por primera vez hace unos 410 millones de años cuando las algas verdes pasaron del agua a la tierra. Esta tierra era un entorno relativamente no colonizado con abundantes recursos. Los ambientes terrestres también ofrecían más luz y dióxido de carbono, requeridos por las plantas para crecer y sobrevivir.

Sin embargo, las marcadas diferencias entre la tierra y el mar plantearon un desafío formidable para las especies colonizadoras tempranas, lo que provocó muchas adaptaciones nuevas que han dado como resultado la amplia variedad de formas de plantas que se observan en la actualidad.

Una de las primeras adaptaciones fue el desarrollo de una capa cerosa externa, llamada cutícula. Las cutículas sirven para proteger a las plantas de la desecación, atrapando la humedad en su interior. Sin embargo, esta adaptación impidió el intercambio directo de gases a través de la superficie de las plantas. Como resultado, se desarrollaron poros en las superficies externas de las plantas que permitieron la absorción de dióxido de carbono y la liberación de oxígeno.

Fueron necesarias estructuras adicionales para facilitar el transporte de agua y nutrientes desde el suelo a las porciones superiores de la planta. Como resultado, se desarrolló tejido vascular que no solo sirve para transportar agua y nutrientes a todas las áreas de la planta, sino que también proporciona soporte estructural a medida que los tallos crecen más altos y fuertes.

Para adaptarse a la reproducción en la tierra, las plantas terrestres desarrollaron gametangia, estructuras reproductivas que protegen a los gametos y embriones del entorno hostil fuera de la planta. En los machos, esta estructura se llama anteridios, mientras que en las hembras, se llama arquegonias.

Se desarrollaron diferentes estrategias para facilitar el transporte de espermatozoides desde los anteridios hasta los óvulos dentro de la arquegonía. Estos incluyen espermatozoides que nadan de una estructura a otra, son transportados por el viento o son transportados por polinizadores como abejas y pájaros. El modo específico utilizado es único para cada clasificación de plantas. Después de la fertilización, los huevos se retienen dentro de la arquegonía para proteger y nutrir al embrión en desarrollo o esporofito.

Otra importante adaptación reproductiva fue la generación de semillas. Aunque no todas las plantas terrestres se siembran, las semillas son ventajosas por muchas razones. Sin estas estructuras, las plantas requieren ambientes húmedos para transportar gametos de un lugar a otro. A menudo, en las plantas sin semillas, las esporas masculinas y femeninas tienen aproximadamente el mismo tamaño y ambas viajan. Sin embargo, las plantas sembradas generalmente contienen pequeñas esporas masculinas adaptadas para ser muy móviles, llamadas granos de polen, que viajan a los gametofitos femeninos para depositar los espermatozoides directamente en el óvulo. Una vez que ocurre la fertilización, se forma una semilla que contiene el embrión de la planta y un suministro de nutrientes.

Estas adaptaciones han creado especies de plantas bien adaptadas a la vida en ambientes terrestres.

Principales linajes de plantas

Aunque ahora existen innumerables variedades de plantas, todas se pueden dividir en uno de tres grupos: no vasculares, vasculares sin semillas y vasculares con semillas. Las plantas no vasculares son las más ancestrales y menos complejas, incluidos los musgos, hepáticas y hornworts. A continuación, las plantas vasculares sin semillas incluyen helechos y colas de caballo, y fueron el primer grupo en desarrollar un sistema de transporte vascular. El último grupo, plantas con semillas vasculares, incluye todas las especies restantes. Este grupo es el más diverso y ocupa la gama más amplia de hábitats, y se divide en dos subgrupos principales, angiospermas y gimnospermas. Las angiospermas incluyen todas las plantas con flores y frutos, con polen transportado por el viento o transportado por polinizadores. Las gimnospermas son plantas que no florecen, incluidas las coníferas, las cícadas y los árboles de ginkgo. Estas especies producen semillas desnudas no protegidas por frutos y polen transportados por el viento.

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Actinomicetos acidófilos del suelo de la rizosfera: diversidad y propiedades beneficiosas para las plantas

Se recuperaron trescientos cincuenta y un aislamientos de actinomicetos de 21 muestras de suelo rizosférico utilizando medios acidificados de pH 5,5. Fueron evaluados por sus actividades antifúngicas, de producción de sideróforos y de solubilización de fosfato. El recuento total de actinomicetos que crecen en agar caseína de almidón acidificado y Gause no. 1 agar estaban por debajo de 2,48 x 10 (4) UFC g (-1) de suelo. Se asignaron doscientos doce aislamientos a acidófilos y los 139 aislamientos restantes fueron neutrófilos. De estos actinomicetos, 57,8, 32,5 y 50,4%, mostraron actividad antagonista contra tres hongos patógenos del arroz Fusarium moniliforme, Helminthosporium oryzae y Rhizoctonia solani, respectivamente. Más de la mitad de los aislados (68,1%) inhibieron al menos un hongo patógeno analizado, mientras que el 25,9% exhibió actividades antifúngicas contra todos los hongos analizados. Trescientos treinta y ocho aislados (96,3%) produjeron sideróforo y 266 aislados (75,8%) fosfato solubilizado. Una mayor proporción de actinomicetos acidófilos exhibió actividad antifúngica, producción de sideróforos y solubilización de fosfato en comparación con los neutrófilos. Trescientos veinticinco aislados (92,6%) se clasificaron como estreptomicetos en función de sus características morfológicas y la presencia de la forma LL-isomérica del ácido diaminopimélico en los hidrolizados de células completas. El análisis del gen 16S ribosomal RNA (rRNA) de cepas representativas no estreptomicetas mostró que los aislados pertenecían a siete géneros, es decir, Allokutzneria, Amycolatopsis, Mycobacterium, Nocardia, Nonomuraea, Saccharopolyspora y Verrucosispora. Los aislados acidófilos antifúngicos potenciales, R9-4, R14-1, R14-5 y R20-5, mostraron una gran similitud con Streptomyces misionensis NBRC 13063 (T) (AB184285) en términos de características morfológicas y secuencias del gen 16S rRNA.


Discusión

A medida que el mundo se enfrenta a una población en crecimiento sujeta a una disponibilidad limitada de recursos naturales, así como a la creciente presión del cambio climático sobre la producción de alimentos y piensos, se deben identificar e implementar soluciones efectivas y respetuosas con el medio ambiente para garantizar la seguridad alimentaria y el suministro de energía. Las prácticas agrícolas actuales son responsables de grandes cantidades de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) resultantes del uso de insumos derivados del petróleo en cantidades grandes y cada vez mayores, y el uso indebido de agroquímicos puede causar daños ambientales [44]. Por el contrario, los mecanismos naturales involucrados en la nutrición vegetal y la protección de las plantas contra el estrés biótico y abiótico pueden asociarse con las bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB), que han demostrado ser una alternativa sostenible como sustitutos, al menos en parte, del uso de agroquímicos [45,46]. En este contexto, los enfoques basados ​​en cultivos microbiológicos para la búsqueda de bacterias asociadas a plantas con funciones PGP y los estudios funcionales y ecológicos de estos grupos microbianos pueden proporcionar una base para el desarrollo de nuevos insumos biológicos para la agricultura [6]. El presente manuscrito siguió esta ruta para revelar parcialmente la biodiversidad de bacterias diazotróficas / depuradoras de N que están asociadas con diferentes Solanum especies (tomate y lulo) y suelos en diferentes condiciones de manejo y que se encuentran en densidades poblacionales superiores a 1x10 4 células g -1 (tanto en tejido vegetal como en suelo).

Las cepas bacterianas aisladas se trataron previamente en este estudio como diazótrofos o eliminadores de N porque los medios libres de N permiten el crecimiento de bacterias con la capacidad de eliminar trazas de fuentes de nitrógeno como el NH3 y N2O de la atmósfera [47] y porque la actividad nitrogenasa y la expresión de sus genes relacionados no se evaluaron en las cepas aisladas. Sin embargo, es de destacar que la capacidad de fijación de nitrógeno, o al menos la presencia de genes de nitrogenasa estructural, ha sido reportada para todos los géneros identificados en el presente estudio excepto para Xanthomonas sp. cepa 4S, cuya identificación divergió entre Xanthomonas y Stenotrophomonas según el clasificador RDP y la información de la base de datos BLAST / SILVA, respectivamente. Los enfoques basados ​​en cultivos que utilizan medios de cultivo libres de N se han utilizado con éxito para estimar las poblaciones de diazótrofos en asociación con diferentes especies de plantas y condiciones ambientales [27,48-51]. Aunque están en un rango limitado para las descripciones adecuadas de las estructuras de la comunidad microbiana en entornos complejos como suelos y raíces de plantas, los métodos dependientes del cultivo son de gran importancia para detectar filotipos microbianos de baja abundancia y para realizar estudios intensos de las funciones ecológicas y fisiológicas de cepas específicas en un ecosistema dado [52-54].

Como holobiontes, las plantas individuales han evolucionado para interactuar con microorganismos y de alguna manera han desarrollado mecanismos para aumentar el tamaño de la población de grupos microbianos específicos en la vecindad de las raíces, estos microbios son reclutados del microbioma del suelo como parte de un fenómeno conocido como efecto rizosfera [55 –57]. Además, diferentes suelos y genotipos de plantas, además del método elegido para evaluar la biodiversidad de bacterias representativas de los ecosistemas de suelo y raíces, pueden dar como resultado diferentes imágenes de la estructura y composición de las comunidades microbianas asociadas con las plantas [52,58,59] . En el presente trabajo, el uso de medios de cultivo semisólidos libres de N para evaluar bacterias diazotróficas / depuradoras de N reveló variaciones en la frecuencia de aislamiento de los grupos microbianos objetivo de acuerdo con la fuente de aislamiento (BS, TR o LR) y la comunidad microbiana nativa. (Suelos SF, CH u ORG). El efecto rizosfera impuesto por diferentes Solanum especie sugiere una preferencia de ambas especies de plantas para aumentar el tamaño de la población de Rhizobium cepas en la rizosfera, al menos en las condiciones probadas. Esto fue evidenciado por una mayor frecuencia de aislamiento de Rhizobium en las muestras TR y LR en comparación con las muestras BS, independientemente de las condiciones de manejo del suelo en las que se cultivaron las plantas y del tipo de medio de cultivo semisólido libre de N utilizado en el procedimiento de aislamiento. Se sabe que los rizobios desarrollan interacciones simbióticas con leguminosas, donde las relaciones mutualistas progresan a modificaciones de la arquitectura de la raíz de la planta huésped mediante la formación de nódulos donde se produce la fijación de nitrógeno [60]. Sin embargo, se pueden encontrar cepas rizobianas no simbióticas e incluso parasitarias en abundancia en suelos rizosféricos y no rizosféricos, y la interacción planta-rizobio resultante puede ser determinada por el contenido genético de ambos socios y la presión ambiental [61-64].

De hecho, la piscina de Rhizobium La especie comprende varios representantes originalmente aislados de muestras distintas de los nódulos de leguminosas, incluidas las especies endófitas y colonizadoras de la rizosfera aisladas de plantas de las familias Araceae, Asteraceae, Convallariaceae, Poaceae, Rosaceae y Solanaceae (www.bacterio.net/rhizobium.html). Como afirman Berge et al. [65], la variabilidad de ambientes y actividades observadas entre las especies de rizobios indica la participación de este grupo en “una amplia gama de funciones en diversos ecosistemas”. Los hallazgos reportados aquí indican que Rhizobium Las especies pueden incrementarse selectivamente en el tamaño de la población en asociación con las plantas de tomate y lulo, como lo demuestra la mayor frecuencia de aislamiento de Rhizobium cepas de plantas cultivadas en suelos sin antecedentes de cultivo de leguminosas, como el suelo SF. Varios estudios han demostrado que Rhizobium Puede desarrollar relaciones asociativas con plantas no leguminosas con potencial para usarse como PGPB, aunque la base molecular de tales interacciones aún no se conoce bien [66-71]. Sin embargo, la colonización de Solanum lycopersicum por Rhizobium apenas se ha informado, y el bacterioma de S. quitoense permanece inexplorado. Los estudios basados ​​en NGS han demostrado la presencia de Rhizobiales como un componente del microbioma del tomate, incluso como el principal grupo filogenético en la endosfera de las raíces [72-75]. Además, Pseudomonadales, Enterobacteriales, Rhizobiales, Burkholderiales y Xanthomonadales se han descrito como órdenes de Proteobacteria predominantes que colonizan las raíces del tomate [76], mientras que varios diazotróficos Burkholderia Se encontraron especies en plantas de tomate cultivadas en campos en México [77].

La pregunta planteada en respuesta a la alta frecuencia de Rhizobium especies aisladas de Solanum plantas observadas en el presente trabajo es si estas cepas son componentes del microbioma del suelo nativo o se derivan de intervenciones ambientales antropogénicas, como el cultivo de leguminosas o el uso de inoculantes rizobianos comerciales. Según las relaciones filogenéticas entre el representante Rhizobium aislamientos y el Rhizobium cepas de tipo, observamos aislamientos que se agruparon cerca de especies de rizobios que se utilizan comúnmente como inoculantes (R. Freirei cluster), aunque tales cepas abarcaron aproximadamente del 6% al 29% del total de aislados de rizobios dependiendo del rigor adoptado para considerar distintos grupos filogenéticos. Además, la alta diversidad genómica revelada por la huella digital BOX-PCR sugiere que los aislados no representan un grupo evolucionado homogéneo, como sería de esperar si estuvieran relacionados con cepas seleccionadas por humanos para su uso como inoculantes. El posicionamiento filogenético de la Rhizobium cepas aisladas de suelos (cepas 03S, 11S, 13S y 18S) lejos del R. Freirei El grupo también sugiere que los suelos nativos no fueron fuertemente colonizados por cepas utilizadas como inoculantes comerciales. La diversidad genética y la estructura de la comunidad de los rizobios, que son microsimbiontes naturales de las leguminosas, se estudian comúnmente utilizando una planta leguminosa determinada como planta trampa, tras el aislamiento de las bacterias de los nódulos y su posterior caracterización (caracterización genética, funcional y fenotípica). Dichos estudios sugieren que el enriquecimiento selectivo de las cepas de rizobios de la reserva de la comunidad de rizobios en el suelo se produce en función de la compatibilidad simbiótica (antecedentes genéticos) con la planta y, según la planta utilizada, la biodiversidad de los aislamientos puede restringirse [78,79 ].

Los intentos de identificar bacterias promotoras del crecimiento de plantas eficientes a partir de aislados representativos de un microbioma vegetal determinado generalmente comienzan con el in vitro Caracterización de los rasgos de PGP exhibidos por la cepa candidata, aunque este método es controvertido porque el metabolismo bacteriano se modula de acuerdo con las condiciones ambientales, incluida la retroalimentación de la planta [80,81]. Sin embargo, correlaciones significativas entre in vitro Los rasgos bacterianos y la respectiva respuesta a la inoculación se describen con frecuencia en la literatura, incluidos los utilizados para sugerir qué mecanismo de promoción del crecimiento predomina en las asociaciones planta-bacteria [82-84]. Del conjunto de mecanismos directos que PGPB puede utilizar para potenciar el crecimiento de las plantas, se ha reportado que la biosíntesis de fitohormonas como IAA juega un papel importante debido a sus efectos en la arquitectura de las raíces y, en consecuencia, en la adquisición de agua y nutrientes por parte de las plantas. [82,85–87]. La capacidad de solubilizar formas de P se ha planteado recientemente como un rasgo objetivo de los inoculantes bacterianos porque, en la mayoría de los suelos, la cantidad de P soluble es baja y porque los fosfatos son un recurso mineral no renovable necesario para la nutrición de las plantas [88,89]. La mayoría de las bacterias solubilizantes de P actúan sobre los minerales P secundarios inorgánicos, como los fosfatos de calcio, hierro y aluminio, liberando P adsorbido por la producción de ácidos orgánicos o por la mineralización de formas orgánicas de P [90]. Otro rasgo importante de las bacterias asociativas involucradas en la promoción del crecimiento de las plantas es la producción de sideróforos, que se cree que desempeñan un papel en los mecanismos directos e indirectos de promoción del crecimiento al aumentar la disponibilidad de hierro para la nutrición de las plantas y al reducir su disponibilidad para los patógenos [91 –93].

En el presente trabajo, no resultó una correlación positiva o significativa entre los rasgos PGP determinados in vitro y los parámetros biométricos de la planta en cambio, resultaron correlaciones significativas y negativas entre el crecimiento del lulo y el AlPO4 solubilización y producción de sideróforos por bacterias diazotróficas / captadoras de N. Como AlPO4 se describe como una forma química P altamente insoluble, metabolismo bacteriano relacionado con AlPO4 La solubilización también puede implicar una fuerte disminución del pH del sitio de colonización. Aunque el pH de las soluciones utilizadas para probar AlPO4 la solubilización no se abordó en este trabajo, un Pseudomonas sp. cepa descrita como eficaz para solubilizar AlPO4 puede reducir el pH de los medios de cultivo de 7,0 a menos de 4,0 en dos días, sin producir ácidos orgánicos [94]. Considerando que la mayoría de las cepas con un efecto positivo sobre la acumulación de biomasa en tomate han mostrado potencial para solubilizar FePO4, se sugiere que este rasgo sea relevante para las respuestas observadas. Además, mientras que algunas cepas para las que no se observó ninguno de los rasgos de PGP (solubilización de P, IAA y producción de sideróforos) provocaron un aumento de la biomasa de tomate y lulo, otros rasgos de PGP, como el suministro de N, también pueden haber jugado un papel importante en los efectos de inoculación observados, incluso más aún teniendo en cuenta que las plantas estaban sometidas a inanición de N. De hecho, debido a la complejidad de las interacciones bióticas y abióticas que influyen en el crecimiento y fisiología de las plantas y, en consecuencia, en la diafonía molecular de la bacteria promotora del crecimiento planta-planta, además de la variabilidad de los grupos filogenéticos y sus respectivas necesidades metabólicas, la identificación de los mecanismos implicados en la promoción del crecimiento vegetal por una cepa bacteriana promotora del crecimiento vegetal dada no es trivial [22].

Un análisis comparativo de genomas bacterianos promotores del crecimiento vegetal realizado por Cai et al. [95] destacó las características genéticas comunes de 151 bacterias asociativas de plantas (cepas patógenas y beneficiosas), apoyando la hipótesis de la evolución convergente de diferentes taxones bacterianos para seleccionar genes involucrados en la colonización de plantas hospedantes y el desarrollo de interacciones compatibles (específicas). . Aunque limitado en rango sobre la biodiversidad bacteriana de los microbiomas vegetales, la diversidad genómica, la frecuencia de aislamiento y el tamaño de la población de bacterias diazotróficas / depuradoras de N presentadas en nuestro estudio demuestran que las comunidades del suelo difieren de las asociadas con Solanum, lo que sugiere que se produjo el reclutamiento de cepas compatibles del microbioma del suelo por parte de las plantas. Además, la estructura y composición de las comunidades bacterianas carroñeras diazotroph / N difirió entre tomate y lulo, y estas especies de plantas mostraron una respuesta general contrastante a la inoculación, donde varias cepas resultaron en disminuciones en la biomasa de tomate, mientras que se observó lo contrario para lulo . Los datos en la literatura sobre la identificación y selección de PGPB no tienen consenso con respecto a la mejor estrategia a utilizar en la búsqueda de cepas bacterianas de élite, aunque un hilo conductor reportado es la importancia del uso. en vivo ensayos para seleccionar bacterias promotoras del crecimiento [81,96]. En este mismo sentido, se cree que las cepas bacterianas autóctonas promotoras del crecimiento de plantas tienen un potencial relativamente alto para provocar efectos promotores del crecimiento, lo que está de acuerdo con las necesidades evolutivas y específicas para una diafonía química exitosa, a pesar de que se han informado ampliamente variaciones en esta especificidad [ 95,97,98].

Entre las 63 cepas diazotróficas / depuradoras de N totales que promovieron aumentos en la biomasa de tomate y / o lulo (RDW, SDW o ambas) que se informan aquí, las aisladas de las muestras de TR fueron predominantes (34 cepas), lo que sugiere que S. lycopersicum es más eficiente que S. quitoense al seleccionar PGPB del microbioma del suelo. Por otro lado, solo unas pocas cepas mostraron un efecto de inoculación positivo en tomate (28 cepas, 17 autóctonas de tomate), mientras que la biomasa de lulo aumentó en respuesta a la inoculación de un gran número de cepas (55 cepas, 15 autóctonas los de lulo) estos resultados sugirieron que el PGPB influye más fácilmente en lulo que en el tomate. En particular, las cepas clasificadas por la escala de bonitur que muestran puntuaciones superiores a 10 (las 16 cepas principales) causaron aumentos en la biomasa para una o ambas Solanum especies, lo que indica que esta estrategia se adapta bien a la selección de candidatos para experimentos de inoculación adicionales en condiciones de campo. Los mejores candidatos bacterianos promotoras del crecimiento de las plantas incluyeron 8 Rhizobium especies, 4 Enterobacter especies, 3 Pseudomonas especie y uno Cupriavidus especies, de las cuales las cepas Pseudomonas sp. 23S y Cupriavidus sp. 26S fueron efectivos para ambos Solanum especies y puede tener potencial para aplicaciones en otras especies de cultivos hortícolas. La gran cantidad de Rhizobium cepas aisladas de Solanum plantas con densidades de población superiores a 1 x 104 células g -1 de material vegetal plantea importantes interrogantes sobre la capacidad de los representantes de este grupo filogenético para actuar como bacterias oportunistas o asociativas específicas, que los futuros estudios genómicos deberían dar respuesta. Este estudio es el primer informe que describe el aislamiento y caracterización de representantes bacterianos asociados con lulo (S. quitoense) y su evaluación como PGPB en asociación con este Solanum especies. Estudios anteriores han informado sobre las comunidades de hongos de las raíces asociadas con las plantaciones de lulo, así como la respuesta de lulo a la inoculación con hongos micorrízicos arbusculares (HMA) [99,100], pero hasta la fecha, ningún estudio ha investigado la asociación de lulo y diazotrófico / N-captador bacterias como promotores del crecimiento.


Diversidad genética del germoplasma de alcachofa de Jerusalén (Helianthus tuberosus) en todo el mundo según lo revelado por marcadores RAPD

La alcachofa de Jerusalén (Helianthus tuberosus) es un pariente silvestre del girasol cultivado (H. annuus), es un cultivo de tubérculo antiguo que recientemente ha recibido un renovado interés. Usamos marcadores RAPD para caracterizar 147 accesiones de alcachofa de Jerusalén de nueve países. Se cribaron treinta cebadores RAPD, 13 de ellos detectaron 357 bandas RAPD reproducibles, de las cuales 337 eran polimórficas. Varios análisis de diversidad revelaron varios patrones diferentes de variación de RAPD. More than 93% of the RAPD variation was found within accessions of a country. Weak genetic differentiation was observed between wild and cultivated accessions. Six groups were detected in this germplasm set. Four ancestral groups were found for the Canadian germplasm. The most genetically distinct accessions were identified. These findings provide useful diversity information for understanding the Jerusalem artichoke gene pool, for conserving Jerusalem artichoke germplasm, and for choosing germplasm for genetic improvement.


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Información del autor

Afiliaciones

Graduate School of Life Sciences, Tohoku University, Aoba-ku, Sendai, 980-8578, Japan

Tomoko Hamabata, Ping-Lin Cao & Takashi Makino

Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Sakyo-ku, Kyoto, 606-8502, Japan

Gohta Kinoshita, Kazuki Kurita & Yuji Isagi

Graduate School of Arts and Sciences, University of Tokyo, Meguro-ku, Tokyo, 153-8902, Japan

Koishikawa Botanical Garden, Graduate School of Science, University of Tokyo, Bunkyo-ku, Tokyo, 112-0001, Japan

Jin Murata & Yoshiteru Komaki

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Contribuciones

T.H., Y.I., and T.M. conceived and designed the experiments. T.H., G.K., K.K., P.C., M.I., J.M., Y.K., Y.I., and T.M. conducted the experiments. T.H., Y.I., and T.M. escribió el periódico.

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Información de soporte

S1 Fig. Infiltration experiments.

(A) The control experiments of infiltrating tobacco leaves with either 5% DMSO, 400 nM NLPPp, 200 nM NLPPya, or 1 mM 6G7, 6C3, 7C8, o 6E11 in 5% DMSO. The upper part of the leaf was photographed after 24 h. The injected solutions of both NLPs caused leaf necrosis, whereas 5% DMSO or the compounds alone did not affect the plant tissue. (B) NLPPp-induced necrosis was inhibited by different concentrations of 6G7, 6C3, y 7C8. 6E11 was not affective against NLP toxicity. (C) NLPPya-induced necrosis was inhibited by 1 mM 6G7 y 6C3 and 200 μM 7C8.

S2 Fig. The effects of 7C8, 6C3, and 6G7 on the viability of Caco-2 cells.

The compounds were tested at the concentrations indicated. The treatments with only DMSO used the concentration of DMSO necessary to solubilize each compound at its highest concentration. The DMSO concentration in the treatments was reduced proportionally with the reduced compound concentrations.

S3 Fig. Binding sites mapping.

Potential inhibitors’ binding sites (Sites 1, 2 and 3) mapped with various small molecule probes (acetaldehyde, acetamide, acetone, acetonitrile, benzaldehyde, benzene, cyclohexane, dimethyl ether, ethane, isobutanol, isopropanol, methylamine, N,N- dimethylformamide, phenol and urea) depicted with coloured ball and sticks on the NLPPya crystal structure (PDB ID 3GNZ) and two of the most populated clusters from molecular dynamics simulation trajectory.

S4 Fig. Binding sites assessment.

(A) Docking possess of the 6G7 compound in the central Mg 2+ containing binding cavity, Site 1 (left panel), in Site 2 (middle panel) and in Site 3 (right panel) with docking scores of −4.79 kcal/mol, - 2.53 kcal/mol and −2.45 kcal/mol, respectively. (B) Binding modes of 6G7 in Sites 1, 2 and 3 as obtained after the Molecular Dynamic (MD) simulations. Only the binding pose in the central cavity Site 1 remained stable during a μs-long MD simulation, whereas the other two poses dissociated within the few ns of MD run.

S5 Fig. Binding mode of 6E11, 6C3 and 7C8 compounds.

Docking poses of the 6E11 (A), 6C3 (B) and 7C8 (C) compounds. During Molecular Dynamics simulations only the 7C8 ligand obtained a meta-stable binding pose between the loops of NLPPya (D), whereas 6E11 y 6C3 quickly dissociated from the initial binding sites.


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