Cada vez hay más pruebas que indican que la rizosfera de las plantas podría atraer microorganismos vitales para combatir patógenos transmitidos por el suelo. Sin embargo, el proceso de ensamblaje del microbioma en respuesta a la infección foliar por patógenos aún no está claro.
El desafío global de lograr la seguridad alimentaria para una población en crecimiento se está volviendo cada vez más difícil debido a diversos factores como la sequía, la salinidad, las enfermedades y las plagas que afectan la producción de cultivos. Los patógenos vegetales, en particular, representan una amenaza importante para la agricultura, provocando una pérdida de aproximadamente el 16% del rendimiento mundial de los cultivos. La investigación se ha centrado en comprender la compleja relación entre plantas y patógenos, incluida la patogenicidad, la progresión de enfermedades, la inmunidad de las plantas y el manejo de enfermedades. Estudios recientes también han comenzado a explorar las intrincadas interacciones entre plantas, patógenos y otros microorganismos en diferentes condiciones ambientales.
Las plantas, al igual que los humanos y los animales, tienen sus propias comunidades microbianas complejas conocidas como «microbioma vegetal». La gente está cada vez más interesada en estudiar la composición y función de estos microbiomas para aprovechar sus beneficios potenciales, como promover el crecimiento y la resistencia a enfermedades en las plantas. Esto también ayuda a comprender la relación simbiótica entre huéspedes y microorganismos. Los microbios patógenos pueden provocar cambios en las plantas al dañar los tejidos y activar las defensas de las plantas, lo que puede afectar la capacidad de la planta para ser colonizada por otros microorganismos. Por lo tanto, los factores que afectan el impacto de los patógenos en las plantas también influirán en la colonización y el crecimiento de los microorganismos asociados a las plantas. Varios factores, incluido el nivel de inmunidad del huésped y el medio ambiente, desempeñan un papel en la configuración de la estructura y diversidad del microbioma de la planta. Estudios recientes sugieren que, al igual que el microbioma intestinal, el microbioma vegetal puede mejorar las funciones inmunes de la planta. Se ha observado que las plantas pueden reclutar selectivamente microorganismos del suelo mediante la exudación de compuestos en la rizosfera, lo que afecta positivamente su crecimiento y salud general.
Los datos generales muestran una lucha continua entre el huésped y sus microorganismos para mantener el equilibrio en el microbioma. La idea de un «microbioma saludable» se ha convertido en un tema interesante en la investigación del microbioma humano, aunque la definición exacta todavía es un poco confusa. Además de mejorar las defensas del huésped, un microbioma saludable también mantiene bajo control la estabilidad ecológica, previniendo microorganismos dañinos. Por el contrario, las enfermedades pueden alterar el equilibrio del microbioma, provocando una disbiosis del microbioma, lo que hace que el organismo sea más susceptible patógenos. El concepto de patobioma sugiere un cambio de la idea tradicional de un patógeno, una enfermedad a un grupo de microorganismos asociados un huésped con salud comprometida debido a dichas interacciones. Comprender el patobioma requiere aclarar las interacciones entre los microbios asociados y el huésped, así como identificar la comunidad. Los factores externos pueden afectar significativamente la susceptibilidad humana y animal a las enfermedades al perturbar la comunidad microbiana. Por ejemplo, la progresión de la mastitis puede provocar disbiosis en el microbioma de la leche, lo que aumenta las bacterias patógenas y disminuye las bacterias comensales saludables. Sin embargo, todavía no está claro si la disbiosis es la causa o el resultado de la enfermedad.
Tener un conocimiento profundo de la disbiosis del microbioma puede ser beneficioso en el esfuerzo por restaurar una comunidad microbiana y reducir el daño al huésped. En el sistema vegetal, existe información limitada sobre si se produce disbiosis del microbioma y en qué medida debido a una infección por patógenos en el huésped. En un estudio reciente se descubrió que cuando Fusarium oxysporum infecta las plantas de banano, las comunidades de hongos y bacterias experimentan un cambio hacia una comunidad menos diversa. Otro estudio demostró que el berro afectado por una mosca minadora de hojas, Scaptomyza nigrita, tenía densidades bacterianas más altas en comparación con las hojas no dañadas, principalmente debido a la mayor abundancia de bacterias foliares típicas, particularmente Pseudomonas. La mayor diversidad bacteriana en el tejido dañado probablemente se deba a la liberación de nutrientes, niveles más altos de ácido jasmónico y la inoculación bacteriana a través de secreciones de insectos. Estos hallazgos enfatizan la importancia de estudiar las alteraciones del microbioma bajo estrés y el papel de los microorganismos en la mejora de la aptitud y las defensas de las plantas en diversos estudios de plantas, patógenos y medio ambiente.
En un caso específico se analizó como Magnaporthe oryzae interactúa con otros microorganismos en plantas sanas e infectadas. Las estructuras de la red de las comunidades de la rizosfera fueron notablemente diferentes en las plantas de arroz infectadas con M. oryzae, mostrando más complejidad y conectividad en comparación con las plantas sanas. Encontrando amplios vínculos entre Magnaporthe y otros géneros microbianos en los compartimentos de la rizosfera infectados, lo que indica un cambio en las interacciones del microbioma debido a la infección foliar. La red de interacciones en plantas infectadas mostró que M. oryzae tenía correlaciones positivas con varios géneros bacterianos de diferentes filos, pero correlaciones negativas con Desulfobacca (Proteobacteria) y el género de hongos Penicillium. Estos hallazgos sugieren que la invasión de patógenos altera los miembros del microbioma, lo que puede ayudar en la colonización a través de relaciones mutualistas o ayudar a defender la planta contra patógenos durante el proceso de infección de la enfermedad, particularmente en tejidos no sintomáticos.
En muestras sanas, la mayoría de las bacterias en las raíces provinieron de las comunidades del suelo. Sin embargo, sólo una pequeña porción de las bacterias en las raíces de las plantas enfermas derivaban de las comunidades bacterianas edáficas. Esto sugiere que existe una clara distinción entre el interior y el exterior de las raíces sanas. Cuando se trata de bacterias aéreas en hojas y granos, muy pocas procedían de comunidades subterráneas y la mayoría tenía fuentes desconocidas, independientemente del estado de salud de la planta. Indistintamente de los síntomas mostrados en los granos de las plantas enfermas, la mayoría de las bacterias en las comunidades de granos procedían de las hojas. La mayoría de las comunidades de hongos en las raíces se derivaron principalmente de las comunidades del suelo. Curiosamente, en plantas sanas, más de la mitad de las comunidades de hongos en las hojas procedían del subsuelo. Este porcentaje disminuyó significativamente en hojas no sintomáticas de plantas enfermas y cayó aún más en tejidos foliares sintomáticos. Esto indica que la mayoría de las especies de hongos que se encuentran sobre el suelo en plantas sanas se remontan al suelo, pero este no es el caso en plantas infectadas.
Los microorganismos del suelo pueden desempeñar un papel importante en la configuración de las respuestas inmunes de las plantas y la invasión de patógenos. Por lo tanto, obtener información sobre las interacciones entre los microbios de la endosfera de las plantas y las comunidades del suelo podría servir como una guía valiosa para comprender el proceso de infección y enfermedad de patógenos. Este enfoque ha sido fundamental para analizar la conexión entre las comunidades microbianas de la endosfera relacionadas con enfermedades y las comunidades de la rizosfera.