El microbioma de olivo en condiciones de estrés a-biótico: posibilidades biotecnológicas para incrementar la resiliencia del olivar
Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: El olivo es un cultivo de enorme relevancia para la sociedad, la cultura y \neconomía de la Cuenca Mediterránea. La producción de su aceite supone una \nimportante fuente económica para numerosos países, siendo España el primer \nproductor y exportador del mundo. Sin embargo, este cultivo se está viendo cada vez \nmás amenazado por diversos estreses, tanto bióticos como abióticos, que se relacionan \ny agravan con los fenómenos asociados al cambio climático. Dentro de estos estreses, \ncabe destacar el manejo agrícola aplicado, cuya tendencia en las últimas décadas se \nacerca a modelos intensivos o súper intensivos (con densidades de 200 a 2.500 \nárboles/ha), con un alto uso de productos fitosanitarios y una mayor mecanización de la \nrecolección. Esto acarrea diversos impactos medioambientales que afectan tanto a la \nbiodiversidad de flora, fauna y microorganismos, así como a la salud del suelo. Como \nresultado, se generan ecosistemas menos resilientes frente a estreses abióticos, como \nlos debidos al cambio climático, algo especialmente relevante en la Cuenca \nMediterránea, o a factores bióticos como el ataque de patógenos. Además, el manejo \nagrícola tiene un impacto en las comunidades microbianas del suelo y asociadas a la \nplanta, las cuales se encuentran en estrecha relación con la salud vegetal. Así, existe un \ncreciente interés por implementar prácticas agrícolas más sostenibles, donde destacan \ntécnicas como la inoculación de microorganismos beneficiosos para la planta o el uso de \nprácticas agrícolas más respetuosas con las comunidades microbianas del suelo y de la \nplanta. Para el desarrollo de esta Tesis Doctoral se abordó el objetivo de estudiar el \nmicrobioma de la raíz y del suelo rizosférico del olivo en respuesta a diversos tipos de \nestrés, como el manejo agrícola aplicado y la verticilosis del olivo. Asimismo, se planteó \nel estudio de reservorios de microorganismos menos explorados, tales como la \nendosfera radicular y la semilla del olivo. En este sentido, se realizaron aislamientos de \nbacterias a partir de raíces de olivo y se describió, por primera vez, la microbiota de la \nsemilla. \nEn primer lugar, esta Tesis Doctoral se basa en el uso de la secuenciación masiva \npara la caracterización de las comunidades microbianas asociadas al sistema radicular del olivo, generando grandes cantidades de datos que requieren herramientas \nbioinformáticas especializadas para su análisis. La diversidad y complejidad de estas \nherramientas, junto con la necesidad de formación específica por parte del \nusuario/investigador, afectan en gran medida a la reproducibilidad de los análisis. Para \nabordar este aspecto, se desarrolló un flujo de trabajo con una librería de funciones en \nR, que combina la facilidad de uso e implementación con la capacidad de personalización \ndel análisis (https://nuriamw.github.io/micro4all/tutorial/package_workflow.html). \nEsta herramienta ha sido fundamental tanto para el análisis de datos de la Tesis Doctoral \ncomo para investigaciones de varios grupos de investigación, demostrando su utilidad \nen distintos contextos científicos. \nPor otro lado, para investigar el impacto del manejo agrícola en las comunidades \nmicrobianas de la raíz del olivo, se llevaron a cabo dos estudios independientes. El \nprimero se centró en el estudio de la comunidad rizosférica de un olivar convencional y \nde un bosque de encinas adyacente al mismo. El segundo consistió en el estudio de las \ncomunidades rizosféricas y endófitas de olivos en fincas cercanas con dos manejos \nagrícolas diferentes: uno convencional y otro orgánico con estiércol de oveja. Los \nresultados de ambos estudios demostraron la influencia del manejo agrícola en las \ncomunidades microbianas a diversos niveles. En primer lugar, se encontró un mayor \ncontenido de nutrientes en el suelo, tanto en el bosque de encinas como en el olivar \nbajo manejo orgánico, lo que sugiere que prácticas agrícolas convencionales tales como \nel arado y retirada de material vegetal afectan negativamente a las propiedades \nnutricionales del suelo. Por otro lado, tanto la diversidad α como la β fueron diferentes \nentre los manejos agrícolas estudiados, tanto en las comunidades de la rizosfera como \nde la endosfera. Además, la biomasa fúngica de la rizosfera fue significativamente mayor \nen los olivos crecidos bajo un manejo orgánico, lo que podría aumentar la presencia de \nhongos con funciones beneficiosas para la planta. A nivel de composición taxonómica, \ntanto la comunidad bacteriana como la fúngica se vieron afectadas de manera acorde al \nmanejo aplicado. Los suelos de olivares más pobres en nutrientes se vieron enriquecidos \nen taxones oligotróficos y asociados a menor contenido de agua en el suelo, como \nAcidobacteria y Gemmatimonadetes. En estas fincas, se encontró una mayor \nabundancia relativa de géneros relacionados con la degradación de herbicidas y pesticidas, tales como Rubrobacter y Sphingomonas. Por su parte, en la finca con manejo \norgánico, se observó un enriquecimiento en géneros fúngicos relacionados con \nproducción de compuestos antimicrobianos y promoción del crecimiento vegetal \n(Preussia y Cladophialophora). Además, el manejo orgánico se asoció con un aumento \nen funciones metabólicas bacterianas relevantes para la planta, como el ciclo del \nnitrógeno (Nitrospira), degradación de compuestos aromáticos y defensa frente a \npatógenos (quitinolisis). Por último, las redes de coocurrencia microbiana mostraron \nuna mayor complejidad de la red y una menor distancia geodésica media (GD) en la finca \ncon manejo orgánico, lo que se relaciona con comunidades más resilientes a \nperturbaciones. Los resultados aquí descritos sientan un precedente en cuanto al \nmicrobioma del olivo, ya que no se encuentran hasta la fecha estudios en este respecto \nque incluyesen comunidad bacteriana, fúngica, endosfera y rizosfera, así como \ndeterminación de parámetros fisicoquímicos del suelo, biomasa microbiana y análisis de \nredes de coocurrencia en condiciones de campo. \nSi bien el manejo agrícola constituye un estrés abiótico para el olivar, la \nverticilosis del olivo podría considerarse como uno de los estreses bióticos más \ndevastadores de este cultivo. En esta Tesis Doctoral, se abordó por primera vez el \nestudio de la microbiota de la rizosfera de olivos crecidos en condiciones de campo con \ntolerancias diferenciales a la verticilosis, esto es, usando los genotipos modelo de \ntolerancia y susceptibilidad, Frantoio y Picual, respectivamente. Según nuestros \nresultados, no se encontró una diferencia clara entre las comunidades bacterianas y \nfúngicas de la rizosfera de ambos genotipos, lo que podría relacionarse con el manejo \nagrícola aplicado. Futuros estudios serán necesarios para elucidar si las diferencias \npodrían observarse en la endosfera de la raíz. \nEn cuanto al estudio de reservorios poco explorados de microorganismos \npotencialmente beneficiosos para el olivar, se abordó el aislamiento de \nmicroorganismos de la endosfera radicular. Debido a resultados anteriores que apuntan \na la importancia del género Actinophytocola en la comunidad bacteriana de la endosfera \nradicular del olivo, se llevaron a cabo diversos métodos de aislamiento para obtener \naislados de este género. Ninguno de ellos resultó exitoso, si bien se obtuvieron aislados \nde otros géneros de interés biotecnológico, tales como Streptomyces, Nocardia, Kocuria, Paenibacillus y Rhizobium. Estos resultados constituyen el primer aislamiento publicado \nde bacterias de estos géneros a partir de la endosfera de olivo, sentando las bases para \nfuturos estudios centrados en su caracterización taxonómica y funcional, y su posible \nutilización como inoculantes beneficiosos para el cultivo del olivo. \nOtro reservorio de microorganismos completamente desconocido en el caso del \nolivar es la semilla del olivo. En esta Tesis Doctoral, se describe por primera vez un \nprocedimiento para la obtención de semillas de olivo en condiciones de esterilidad, así \ncomo la composición de las comunidades bacterianas y fúngicas que las colonizan. \nSegún nuestros resultados, la microbiota de la semilla de olivo presentó características \núnicas respecto al de otras especies vegetales. Destaca la presencia de Actinobacteria \ncomo el phylum bacteriano más abundante, con Streptomyces como el género más \nabundante. Basidiomycota y Ascomycota fueron los phyla fúngicos predominantes, \nrepresentados por los géneros Malassezia, Cladosporium y Mycosphaerella. Además, se \nidentificó una microbiota compartida entre las semillas de los distintos genotipos \nanalizados, compuesto por cuatro géneros bacterianos (Stenotrophomonas, \nStreptomyces, Promicromonospora y Acidipropionibacterium) y tres fúngicos \n(Malassezia, Cladosporium y Mycosphaerella). La comparación con resultados \nanteriores de la endosfera de raíces de los mismos árboles, demuestra la presencia de \ngéneros como Streptomyces y Malassezia en ambas partes de la planta, apuntando a \nposibles mecanismos de transmisión vertical de microorganismos. Además, se identificó \nel genotipo del olivo como un factor determinante de la estructura de la comunidad \nmicrobiana de la semilla. En general, se encontraron géneros con potenciales funciones \nbeneficiosas para la planta, tales como Streptomyces, Nocardia, Micromonospora, \nSphingomonas y Cladosporium. \nComo conclusión, los resultados de esta Tesis Doctoral muestran la influencia del
Author: Martín Wentzien, Nuria
Language: Spanish
Subfield: Plant Science
Domain: Life Sciences
SDGs: Life on land, Zero hunger
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7065698931