Estrategias de inoculación para infectar las raíces de las plantas con microorganismos transmitidos por el suelo

Los suelos naturales están habitados por un número asombroso de microbios que pueden ser neutros, dañinos o beneficiosos para las plantas¹. Muchos patógenos de plantas son transmitidos por el suelo, rodean las raíces y atacan el órgano subterráneo. Estos microorganismos pertenecen a una amplia variedad de clados: hongos, oomicetos, bacterias, nematodos, insectos y algunos virus ^1,2. Una vez que las condiciones ambientales favorecen la infección, las plantas susceptibles se enfermarán y los rendimientos de los cultivos disminuirán. Los efectos del cambio climático, como el calentamiento global y los fenómenos meteorológicos extremos, aumentarán la proporción de patógenos de plantas transmitidos por el suelo³. Por lo tanto, será cada vez más importante estudiar estos microbios destructivos y su impacto en la producción de alimentos y piensos, pero también en los ecosistemas naturales. Además, hay mutualistas microbianos en el suelo que interactúan estrechamente con las raíces y promueven el crecimiento, el desarrollo y la inmunidad de las plantas. Cuando se enfrentan a patógenos, las plantas pueden reclutar activamente oponentes específicos en la rizosfera que pueden apoyar la supervivencia del huésped mediante la supresión de patógenos 4,5,6,7. Sin embargo, los detalles mecanicistas y las vías involucradas en las interacciones beneficiosas entre la raíz y el microbio a menudo aún se^{desconocen 6}.

Por lo tanto, es esencial ampliar la comprensión general de las interacciones raíz-microbio. Se necesitan métodos confiables para inocular raíces con microorganismos transmitidos por el suelo para realizar estudios de modelos y transferir los hallazgos a aplicaciones agrícolas. Se estudian las interacciones beneficiosas en el suelo, por ejemplo, con Serendipita indica (anteriormente conocida como Piriformospora indica), Rhizobium spp. fijador de nitrógeno u hongos micorrícicos, mientras que los patógenos conocidos de plantas transmitidas por el suelo incluyen Ralstonia solanacearum, Phytophthora spp., Fusarium spp. y Verticillium spp.1. Estos dos últimos son géneros fúngicos que están distribuidos globalmente y causan enfermedades vasculares². Verticillium spp. (Ascomycota) puede infectar a cientos de especies de plantas, en gran parte dicotiledóneas, incluidas las plantas herbáceas anuales, las plantas leñosas perennes y muchas plantas de cultivo ^2,8. Las hifas de Verticillium entran en la raíz y crecen tanto intercelular como intracelularmente hacia el cilindro central para colonizar los vasos del xilema ^2,9. En estos vasos, el hongo permanece durante la mayor parte de su ciclo de vida. Como la savia del xilema es pobre en nutrientes y lleva compuestos de defensa de las plantas, el hongo debe adaptarse a este entorno único. Esto se logra mediante la secreción de proteínas relacionadas con la colonización que permiten que el patógeno sobreviva en su huésped^10,11. Después de llegar a la vasculatura de la raíz, el hongo puede propagarse dentro de los vasos del xilema acropétalo al follaje, lo que conduce a la colonización sistémica del huésped ^9,12. En este punto, la planta se ve afectada negativamente en el crecimiento ^9,10,13. Por ejemplo, se produce retraso en el crecimiento y hojas amarillas, así como senescencia prematura 13,14,15,16.

Un miembro de este género es Verticillium longisporum, que está altamente adaptado a los huéspedes de brassicácea, como la colza de importancia agronómica, la coliflor y la planta modelo Arabidopsis thaliana¹². Varios estudios combinaron V. longisporum y A. thaliana para obtener una amplia información sobre las enfermedades vasculares transmitidas por el suelo y las respuestas de defensa radicular resultantes 13,15,16,17. Las pruebas de susceptibilidad directas se pueden realizar utilizando el sistema modelo V. longisporum / A. thaliana y hay recursos genéticos bien establecidos disponibles para ambos organismos. Estrechamente relacionado con V. longisporum está el patógeno Verticillium dahliae. Aunque ambas especies de hongos realizan un estilo de vida vascular similar y un proceso de invasión, su eficiencia de propagación desde las raíces hasta las hojas y los síntomas de la enfermedad provocada en A. thaliana son diferentes: mientras que V. longisporum generalmente induce senescencia temprana, la infección por V. dahliae resulta en marchitamiento¹⁸. Recientemente, un resumen metodológico presentó diferentes estrategias de inoculación radicular para infectar A. thaliana con V. longisporum o V. dahliae, ayudando en la planificación de configuraciones experimentales¹⁹. En el campo, V. longisporum ocasionalmente causa daños significativos en la producción de colza¹², mientras que V. dahliae tiene un rango de huéspedes muy amplio que comprende varias especies cultivadas, como vid, papa y tomate⁸. Esto hace que ambos patógenos sean modelos económicamente interesantes para estudiar.

Por lo tanto, los siguientes protocolos utilizan tanto V. longisporum como V. dahliae como patógenos de raíz modelo para ejemplificar posibles enfoques para las inoculaciones radiculares. Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), colza oleaginosa (Brassica napus) y tomate (Solanum lycopersicum) fueron elegidos como huéspedes modelo. Las descripciones detalladas de las metodologías se pueden encontrar en el texto a continuación y en el video que lo acompaña. Se discuten las ventajas y desventajas para cada sistema de inoculación. En conjunto, esta colección de protocolos puede ayudar a identificar un método adecuado para preguntas de investigación específicas en el contexto de las interacciones raíz-microbio.