Seguimiento y localización de miembros del microbioma vegetal mediante códigos de barras de ADN.

Un equipo de investigación dirigido por Paul Schulz-Leffert del Instituto Max Planck para la Investigación en Mejoramiento Vegetal en Colonia, Alemania, ha desarrollado un conjunto de herramientas estandarizado para rastrear cepas bacterianas que colonizan tejidos vegetales en competencia con otros miembros del microbioma. Estudia ahora publicado en Microbiología de la naturaleza.

La enorme diversidad de microorganismos ingeridos por una planta sana como comunidad en la naturaleza se denomina microbioma vegetal. Para evaluar la composición del microbioma, que es invisible a simple vista, normalmente se determina la secuencia de ADN de un gen marcador microbiano global que consta de segmentos de secuencia variables y conservados.

De esta manera, las diferentes especies microbianas del microbioma se pueden distinguir entre sí basándose en secuencias de etiquetas de ADN polimórficas. Sin embargo, las actividades beneficiosas de los miembros del microbioma de la planta huésped, como la movilización de nutrientes minerales del suelo para su absorción por las raíces, a menudo solo las llevan a cabo cepas microbianas individuales dentro de especies bacterianas y dependen de la presencia de bacterias especializadas. Genes microbianos.

Por lo tanto, el perfil actual de la microbiota basado en secuencias de ADN es insuficiente para capturar la verdadera diversidad genética de la comunidad microbiana en el huésped.

Para superar esta limitación, investigadores del Instituto Max Planck han desarrollado un kit estándar que se utiliza como código de barras de ADN para cepas bacterianas. El código de barras de ADN se inserta primero en el cromosoma de una cepa de un miembro del microbioma. En análisis posteriores de perfiles de microbiomas en plantas, se consideró que el código de barras del ADN era un gen marcador microbiano artificial.

Además del código de barras del ADN cromosómico, también se han incorporado los componentes genéticos de las proteínas fluorescentes. Esto último permite utilizar detectores de fluorescencia altamente sensibles para mapear dónde una cepa bacteriana críptica coloniza los tejidos vegetales en competencia con otros miembros del microbioma.

A continuación, los investigadores realizaron experimentos con la bacteria promotora del crecimiento vegetal Pseudomonas capeferrum, que coloniza las raíces de la planta modelo Arabidopsis, así como con diferentes tipos de bacterias que se diferenciaban de la cepa silvestre sólo por la ausencia de determinados genes.

Los genes correspondientes de Pseudomonas suprimen las respuestas inmunitarias de la planta huésped y, por tanto, mejoran la capacidad de las bacterias para colonizar las raíces de las plantas, lo que a su vez aumenta su actividad promotora del crecimiento de las plantas. Las bacterias Pseudomonas marcadas con códigos de barras de ADN mostraron la capacidad diferencial esperada para colonizar las raíces de Arabidopsis cuando se inocularon plantas libres de gérmenes con cepas individuales.

Pero lo sorprendente fue que surgieron nuevas características específicas de la bacteria Pseudomonas cuando se inocularon combinaciones de la cepa silvestre y sus variantes en la planta huésped junto con un consorcio de microbiomas de diferentes bacterias ensambladas en el laboratorio. En biología, este fenómeno también se denomina propiedad emergente o propiedad sistemática.

Por lo tanto, el uso de códigos de barras de ADN no sólo confirmó hallazgos anteriores sino que también reveló nuevas actividades de genes bacterianos que no podían identificarse mediante métodos convencionales. El conjunto de herramientas estándar de códigos de barras de ADN ahora se puede utilizar en la investigación de microbiomas para investigar la contribución de genes microbianos individuales en el contexto de comunidades microbianas, no solo en plantas sino también en estudios de microbiomas animales.