Las plantas, testigos del cambio climático

Alcanza niveles récord. El planeta se ahoga y se quema bajo el cambio climático. El aumento de la temperatura provocado por las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero derivadas de la actividad humana está provocando variaciones que, sin esta intervención, no se producirían. Consecuencias en tiempo real que todo el mundo ve, como son incendios graves, sequías intensas, aumento del nivel del mar, tormentas catastróficas, inundaciones… Todo avanza a una velocidad y a una intensidad sin precedentes.

¿Cómo detenerlo? La comunidad científica trabaja contra reloj para encontrar una solución. No es fácil. Sin embargo, el reto está sobre la mesa. Por esta razón, es fundamental obtener toda la información posible de lo que rodea a este fenómeno global. Hablar con los protagonistas y las víctimas para conocer sus entresijos.

En esta línea, los microorganismos tienen mucho que decir, ya que forman comunidades dinámicas con las plantas, a las que proporcionan beneficios como la adquisición de nutrientes o la tolerancia al estrés. Entender cómo los microorganismos se ven afectados por factores ambientales, como el clima, las características fisicoquímicas del suelo y las condiciones de cultivos de las plantas, es «esencial» para mejorar la resiliencia de esta agrupación de organismos en respuesta al cambio global.

En este contexto, el Grupo de Investigación Reconocido Ecología y Biotecnología Microbiana, dirigido por la catedrática del Departamento de Microbiología y Genética de la Universidad de Salamanca (USAL) Martha E. Trujillo, ha analizado las comunidades microbianas del suelo y de la rizosfera, raíces, nódulos y hojas de la planta Lupinus angustifolius. Esta planta es autóctona de Europa, tradicionalmente cultivada y posee un elevado valor proteico, lo que la convierte en «una alternativa ideal» para reducir la dependencia de la Unión Europea de las importaciones de soja como fuente de proteína vegetal para la nutrición animal y humana.

De igual forma, explica que como planta leguminosa es capaz de crecer en suelos pobres gracias a su fijación de nitrógeno. «Esta característica se la confiere su microbiota asociada a las raíces y nódulos y es previsible que el resto de su microbioma asociado también tenga un papel en su resiliencia a diferentes tipos de estrés, como son altas temperaturas, pobreza de nutrientes o sequía», añade la investigadora postdoctoral Maite Ortúzar.

El estudio se ha realizado con muestras recogidas en dos localidades (Cabrerizos y Salamanca) con características edáficas diferentes y durante las cuatro estaciones climáticas anuales. Asimismo, se han comparado los microbiomas de esas plantas con los de plantas cultivadas en condiciones de invernadero, pero con semillas silvestres.

Con este trabajo han logrado identificar por primera vez el microbioma asociado a la planta Lupinus angustifolius. Los resultados presentados, según explica Trujillo, muestran que la principal diferencia en las comunidades microbianas del suelo está relacionada con las propiedades edáficas, aunque factores ambientales como la temperatura, la humedad o las precipitaciones también influyen en la composición de las comunidades microbianas que interactúan con la planta.

«Se observó que la composición de la microbiota entre plantas silvestres y cultivadas en invernadero eran muy diferentes, siendo la primera menos susceptible a cambios ambientales», informa antes de comentar que los resultados servirán para identificar microorganismos clave que puedan jugar un papel esencial en el desarrollo de la planta hospedadora y su adaptación a los cambios ambientales, lo que tendrá indudables aplicaciones en agricultura.

Por tanto, la catedrática de la Universidad de Salamanca asegura que este artículo resalta la importancia de estudiar los microbiomas de las plantas en sus hábitats naturales, desde el suelo hasta los compartimentos, puesto que está demostrado que las plantas son capaces de seleccionar los microorganismos que se asocian a ellas.

Los suelos albergan el microbioma más diverso y complejo de la tierra, por este motivo, indica Ortúzar, se pueden considerar como la fuente principal de microorganismos para las plantas en los ecosistemas terrestres. «Su contribución al desarrollo y salud vegetal es indiscutible porque 18 de los 29 elementos esenciales para las plantas se obtienen del suelo; y en su biodisponibilidad juegan un papel esencial las comunidades microbianas», apostilla.

De hecho, tal y como expone la investigadora postdoctoral, miles de microorganismos de estas comunidades ―sobre todo de los filos Pseudomonadota, Actinomycetota, Cyanobacteriota y Acidobacteriota― son reclutados por la planta mediante exudados para su rizosfera y raíces, originándose en ellas un subconjunto del microbioma del suelo. «Las redes comunitarias de la rizosfera, a lo largo del tiempo, se vuelven más grandes y complejas que las del suelo, lo que sugiere que las interacciones microbianas influyen en el ensamblaje de la comunidad microbiana de las plantas y facilita una variedad de procesos que incluyen la germinación de las semillas, el establecimiento de la plántula, la nutrición, la absorción de agua, la promoción de crecimiento, la supresión de patógenos, la tolerancia al estrés y la regulación hormonal».

Su concepción de L. angustifolius como una posible alternativa a la soja y sus importaciones como fuente de proteína vegetal se alinea con las estrategias de la Unión Europea para la soberanía alimentaria y adaptación al cambio climático. En este punto, recuerda que, en 2015, la UE planteaba el uso de leguminosas para alimentación humana y animal (ricas en proteínas y, por su capacidad para fijar nitrógeno, menos requirentes de fertilizante y agentes de mejora de la calidad del suelo) en aras de reducir su dependencia de las importaciones de soja y disminuir los impactos ambientales asociados a los monocultivos de cereal. «El cumplimiento de las proyecciones de la Organización de las Naciones Unidas sobre el crecimiento de la población mundial hasta los 11.200 millones de personas a finales del siglo XXI requerirá, al menos, la duplicación de la capacidad mundial de producción de alimentos», manifiesta Martha E. Trujillo.

Con un sistema alimentario sujeto a múltiples presiones, como son conflictos sociopolíticos, agotamiento de recursos naturales, pérdida de biodiversidad y cambio global, afirma que es necesaria una respuesta coordinada y una transformación del mismo a todos los niveles ―producción, procesado, distribución, venta y consumo― para sostener la salud humana y planetaria. En esta línea, sugiere que el cultivo y consumo de leguminosas como fuente de proteínas es uno de esos posibles cambios. «El desarrollo y recuperación de técnicas agrícolas bajo la perspectiva de la sostenibilidad y de las soluciones basadas en la naturaleza, tales como los barbechos y la alternancia de cultivos con fijadoras de nitrógeno o el uso de comunidades microbianas como biofertilizantes, también contribuirán a los objetivos marcados».

El diseño de este trabajo recoge una variada muestra de circunstancias ambientales a las que se pueden enfrentar L. angustifolius, su microbioma y el microbioma del suelo: diferentes características edafológicas, estacionalidad y condiciones de invernadero. Por todo ello, a su parecer, esta multitud de parámetros ha permitido maximizar la información obtenida de los microbiomas en diferentes condiciones. De igual manera, agrega que el enfoque dual (con técnicas dependientes e independientes de cultivo) ofrece la posibilidad de contar con los protagonistas de estos microbiomas y poder desarrollar ensayos individuales sobre plantas, diseñar comunidades sintéticas y probarlos.

A día de hoy, disponen de una colección de cultivos de más de 700 bacterias aisladas durante la tesis de la doctora Ortúzar, además de hongos. Tras identificarlas y en base a las observaciones de este equipo salmantino sobre los microbiomas naturales, se han diseñado una decena de consorcios bacterianos que han inoculado en las plantas para estudiar su efecto sobre estas, tanto en el crecimiento, como en su expresión génica, y en la constitución del microbioma vegetal. Para ello han evaluado parámetros típicos de crecimiento vegetal (como el tamaño de raíces, el número de hojas o la floración) a la par que, utilizado técnicas metagenómicas y de transcriptómica, para conocer los genes que se expresaban durante la interacción y se ha podido comprobar su eficacia como biofertilizantes.

Los resultados se publicarán en los próximos meses en una revista de impacto. El siguiente paso, avanza Martha E. Trujillo, será llevar a cabo una prueba de efectividad de los consorcios en el campo, bien en parcelas controladas en condiciones silvestres o en fincas de cultivo.