30 de junio de 2023
El objetivo de oro del manejo del suelo: suelos supresores de enfermedades
Authors and Affiliations
• Marketa Sagova-Mareckova1 2 †
• Marek Omelka3
• Jan Kopecky1
1. 1Group Epidemiology and Ecology of Microorganisms, Crop Research Institute, Drnovska 507, Prague 6–Ruzyne, 161 06, Czechia
2. 2Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources, Department of Microbiology, Nutrition and Dietetics, Czech University of Life Sciences, Kamycka 129, 165 00, Prague–Suchdol, Czechia
3. 3Faculty of Mathematics and Physics, Department of Probability and Mathematical Statistics, Charles University, Sokolovska 83, Prague 8, 186 75, Czechia
Published Online:27 Apr 2023 https://doi.org/10.1094/PHYTO-09-22-0324-KD
Abstracto
Los suelos supresores de enfermedades abarcan interacciones específicas planta-patógeno-microbiano y representan un raro ejemplo de un agroecosistema donde las condiciones del suelo y el microbioma juntos evitan que el patógeno cause enfermedades. Tales suelos tienen el potencial de servir como modelo para caracterizar los aspectos relacionados con patógenos del suelo de la salud del suelo, pero los mecanismos que impulsan el establecimiento de suelos supresores varían y a menudo están mal caracterizados. Sin embargo, pueden servir como un recurso para identificar marcadores para actividades beneficiosas de los microorganismos del suelo en relación con la prevención de patógenos. Muchos estudios recientes se han centrado en la naturaleza de los suelos supresores de enfermedades, pero sigue siendo difícil predecir dónde y cuándo ocurrirán. Esta revisión describe el conocimiento actual sobre la distribución de estos suelos, las manipulaciones del suelo que conducen a la supresión de patógenos y los marcadores que incluyen diversidad bacteriana y fúngica, enzimas y metabolitos secundarios. También se destaca la importancia de considerar el legado del suelo en la investigación sobre los principios que definen los suelos supresores. El objetivo es ampliar el contexto en el que entendemos, estudiamos y utilizamos suelos supresores de enfermedades mediante la evaluación de las relaciones en las que ocurren y funcionan. Finalmente, sugerimos que los suelos supresores de enfermedades son críticos no solo para el desarrollo de indicadores de salud del suelo, sino también para la exploración de principios ecológicos generales sobre el paisaje circundante, los efectos de las capas más profundas del perfil del suelo, los organismos del suelo poco estudiados y sus interacciones para su uso futuro en la agricultura moderna.
Salud del suelo en relación con la microbiología del suelo
La salud del suelo se ha definido desde una perspectiva agrícola como la capacidad del suelo para soportar el crecimiento de los cultivos sin degradarse, es decir, perder su estructura, materia orgánica y biodiversidad (Bünemann et al. 2018; Creamer et al. 2022). Sin embargo, la salud del suelo está amenazada por el uso excesivo, el cambio climático, la salinización, la erosión, la compactación, el agotamiento de nutrientes, la contaminación con metales pesados tóxicos o pesticidas, el pastoreo excesivo y la migración asistida por humanos de plagas transmitidas por el suelo (FAO 2015; Fierer et al. 2021). Aunque la administración del suelo, que tiene como objetivo mantener las funciones del suelo no productivas, se ha implementado gradualmente, muchas prácticas agrícolas que se etiquetan como "sostenibles" representan mejoras relativamente pequeñas y simplemente ralentizan la tasa de degradación, lo que significa que los suelos permanecen en peligro (Rhodes 2017). Por lo tanto, no solo se deben abordar las mejoras en la calidad y fertilidad del suelo, sino también la restauración de la red alimentaria del suelo, el bloqueo de carbono en la materia orgánica del suelo, la mejora de la capacidad de retención de agua y la disminución de los brotes de plagas transmitidas por el suelo (Banerjee y van der Heijden 2022; Timmis y Ramos 2021).
El concepto de salud del suelo abarca factores bióticos y abióticos, así como las interacciones entre estos factores. Las comunidades microbianas del suelo (el microbioma del suelo), los endófitos de las plantas y el microbioma de la rizosfera han recibido especial atención porque pueden tener un fuerte impacto en el crecimiento y la salud de las plantas (Coban et al. 2022). En la rizosfera, los exudados de la raíz desempeñan un papel fundamental en el suministro de fuentes de carbono a los microorganismos (Rolfe et al. 2019), pero deben equilibrarse con las necesidades de nutrientes minerales para apoyar las interacciones depredadoras y competitivas, siendo ambas beneficiosas para la planta (Guo et al. 2021; Zhang et al. 2022).
La utilización del microbioma del suelo para mejorar la producción de plantas requiere la comprensión de la abundancia y actividad microbiana, así como la composición y función de la comunidad (Lehmann et al. 2020). El estado del microbioma también es importante porque muchas variedades de cultivos modernos carecen de resistencia genética a patógenos fúngicos comunes de los géneros Rhizoctonia, Pythium, Gaeumannomyces, Fusarium, Verticillium y Sclerotinia, así como nematodos parásitos como Pratylenchus spp., debido en parte a la reproducción extensiva a largo plazo de otros rasgos (Arora et al. 2019; Cortés et al. 2022; Milner et al. 2019; Schlatter et al. 2017; The Potato Genome Sequencing Consortium 2011). Para compensar esta limitación, las plantas reclutan microbios del suelo para defender sus raíces contra patógenos y otras plagas (Cha et al. 2016). Los diversos microorganismos protectores son específicos no solo para un cultivo en particular, sino también para variedades y cultivares individuales (Kopecky et al. 2019; Mendes et al. 2011) y pueden utilizarse tanto para mejorar la protección como como bioindicadores del estado sanitario del suelo o de las plantas.
Los fertilizantes modernos contienen los macroelementos críticos nitrógeno, potasio y fósforo (NPK), pero rara vez incluyen otros nutrientes (Rhodes 2017). Esto puede conducir no solo a una nutrición desequilibrada de las plantas, sino también al apoyo de microbios de rápido crecimiento y, en consecuencia, a la aceleración del reciclaje de nutrientes con una mayor producción de gases de efecto invernadero (Creamer et al. 2022). Las plantas de cultivo son capaces de reclutar microorganismos que solubilizan complejos de fosfato y hierro, fijan y reciclan nitrógeno y azufre, producen hormonas vegetales y protegen a las plantas contra el estrés (Bakker et al. 2018). Por lo tanto, el microbioma de la rizosfera es la clave para la próxima Revolución Verde, mediante la cual el desarrollo de nuevas variedades innovadoras y prácticas de manejo permitirá que las plantas sean más capaces de reclutar y utilizar microbios beneficiosos para la promoción del crecimiento y la defensa contra enfermedades (Schlatter et al. 2017).
Con respecto al monitoreo y cuantificación de la salud del suelo, los microorganismos del suelo se han propuesto como bioindicadores ideales, tanto para la evaluación a largo plazo como una herramienta para ayudar a guiar las estrategias de manejo. Esto se debe a que las propiedades específicas del suelo pueden inferirse por cantidades o abundancias relativas de taxones o genes microbianos específicos, incluso si no entendemos completamente por qué existen tales relaciones (Fierer et al. 2021). Los suelos supresores de enfermedades pueden ser particularmente útiles para inferir indicadores de sus microbiomas porque poseen rasgos directamente relacionados con la salud de las plantas y el suelo (Almario et al. 2014).
La ciencia del suelo no ha logrado proporcionar indicadores biológicos para evaluar la multifuncionalidad del suelo. En la búsqueda de marcadores del funcionamiento del suelo, los bioindicadores potenciales se pueden dividir en cuatro procesos principales: regulación del carbono y el clima, regulación y purificación del agua, ciclo de nutrientes y regulación de enfermedades y plagas (Creamer et al. 2022). Proponemos que, particularmente dentro de los dos últimos tipos de actividades, los suelos supresores de enfermedades puedan resolverse. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que en la mayoría de los casos la esencia del funcionamiento del suelo sigue siendo desconocida porque solo se dispone de secuencias de amplicones, metagenomas, metatranscriptomas, metabolómica u otros datos de alto rendimiento no dirigidos específicamente.
El ciclo de nutrientes en el suelo está relacionado con la redundancia funcional de muchos taxones microbianos, particularmente para procesos como el carbono orgánico, el nitrógeno y el reciclaje de fósforo. Pero el suelo necesita proporcionar nichos también para funciones especializadas relacionadas con los nutrientes, que son llevadas a cabo por pequeños grupos de taxones, por ejemplo, metanogénesis, fijación de N, mineralización de compuestos orgánicos recalcitrantes o desintoxicación (Miralles et al. 2021). Parece que ambos grupos de microbios, es decir, aquellos que proporcionan funciones generales y específicas, participan en el establecimiento de suelos supresores de enfermedades. En particular, las actividades redundantes contribuyen a la estabilidad y son responsables de la capacidad de amortiguación del suelo, mientras que los mecanismos especializados pueden contribuir a la sanidad vegetal. Además, las actividades especializadas potencialmente involucradas en la supresión de enfermedades incluyen además la producción de compuestos para la detección de quórum, volátiles, antibióticos, sideróforos quelantes de hierro, hormonas vegetales, enzimas de estrés oxidativo y la obtención de resistencia sistémica inducida (ISR) en la planta huésped (Hayden et al. 2019; Schlatter et al. 2017). Proponemos que los microbios más redundantes y estabilizadores pueden ser más relevantes en la supresión general, mientras que los microbios especializados afectan la supresión específica.
Utilizando un enfoque metagenómico, los análisis acumulativos de abundancia diferencial de todos los genes de Bacteroidetes mostraron que los genes de grupos de biosíntesis, transporte y catabolismo de metabolitos secundarios se encontraban entre los más diferencialmente abundantes en suelos supresores con y sin inoculación de patógenos, mientras que los genes del transporte y metabolismo de carbohidratos distinguieron suelos particularmente supresores y propicios (Carrión et al. 2019). La enzima que a menudo distingue los suelos supresores y propicios fue la quitinasa según varios estudios (Carrión et al. 2018; Hjort et al. 2010) ya que sus actividades aumentadas están relacionadas con la supresión eficiente de patógenos fúngicos como F. graminearum y R. solani (Carrión et al. 2018).
Los estudios de metatranscriptoma revelaron que los genes relacionados con el estrés estaban regulados al alza en las familias bacterianas. Los hongos patógenos invasores inducen, directamente o a través de la planta, respuestas de estrés en la comunidad rizobacteriana que conducen a cambios en la composición del microbioma y a la activación de rasgos antagónicos que restringen la infección por patógenos (Chapelle et al. 2016). Esto está relacionado con otro estudio que mostró una gran cantidad de genes involucrados en la desintoxicación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y radicales superóxidos sobreexpresados en la rizosfera no supresora del trigo infectado por R. solani (Hayden et al. 2018). Dado que el hierro también es necesario para la eliminación de ROS, no es sorprendente que la producción de sideróforos también estuviera relacionada con la supresión de patógenos (Gu et al. 2020). Del mismo modo, varios grupos de genes biosintéticos sideróforos se asociaron consistentemente con suelos supresores, lo que sugiere la competencia por el hierro como un posible mecanismo de supresión (Tracanna et al. 2021).
Aclaro que este comentario no es de mi autoría, es un comentario extraído del texto traducido del original de los autores citados al inicio. Por su extensión seleccione algunos textos del original, por su extensión y una serie de gráficos desconoszco si el sistema lo aceptaria en toda su extensión. Pueden leerlo completo en inglés en el link citado al inico del texto.