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Jun 10, 2023

Número de nodulação atenua a importância relativa dos processos estocásticos na montagem da raiz da soja

ISME Communications volume 3, Artigo número: 89 (2023) Cite este artigo 2 Detalhes das métricas altmétricas Identificar as forças ecológicas que estruturam as comunidades microbianas associadas às raízes é uma tarefa

ISME Communications volume 3, Artigo número: 89 (2023) Citar este artigo

2 Altmétrico

Detalhes das métricas

Identificar as forças ecológicas que estruturam as comunidades microbianas associadas às raízes é um passo essencial para uma agricultura mais sustentável. As leguminosas são amplamente utilizadas como plantas modelo para estudar forças seletivas e seu funcionamento nas interações planta-microbianas devido à sua capacidade de estabelecer mutualismo com rizóbios. Os nódulos radiculares atuam como órgãos simbióticos para otimizar o equilíbrio custo-benefício nesta relação mutualística, modulando o número de nódulos. No entanto, não se sabe se o número de nódulos está relacionado com a estrutura das comunidades bacterianas associadas às raízes. Aqui, as comunidades bacterianas associadas às raízes da soja cultivadas em solo nativo por meio de cultivares de soja com nodulação super ou normal foram investigadas em quatro estágios de desenvolvimento. Comparamos os processos ecológicos entre as comunidades e encontramos uma diminuição da importância relativa dos processos neutros para a soja supernoduladora, embora as estruturas gerais se assemelhassem às da soja com nodulação normal. Identificamos as populações bacterianas centrais generalistas em cada compartimento associado à raiz, que são compartilhadas entre nichos associados à raiz e persistem através dos estágios de desenvolvimento. Dentro das principais espécies bacterianas, as abundâncias relativas de espécies bacterianas no microbioma da rizosfera foram ligadas a características funcionais da planta hospedeira e podem ser usadas para prever essas características de micróbios usando algoritmos de aprendizado de máquina. Estas descobertas ampliam a compreensão abrangente das forças ecológicas e associações de microbiotas em vários compartimentos associados às raízes e fornecem novos insights para integrar microbiomas vegetais benéficos na produção agrícola para melhorar o desempenho das plantas.

O microbioma vegetal é parte integrante do “holobionte” da planta, que coevoluiu com seu hospedeiro e afeta as características da planta de maneira profunda [1]. No entanto, falta uma compreensão fundamental das forças ecológicas que estruturam estas comunidades e é necessária uma identificação abrangente dos padrões e princípios que moldam o microbioma. Como geralmente aceito, acredita-se que tanto os processos determinísticos quanto os estocásticos moldam a composição da comunidade microbiana [2]. Os microbiomas associados às plantas começam a se formar logo após a semeadura e se desenvolvem com o crescimento das plantas através de quatro processos ecoevolutivos: deriva ecológica, especiação/diversificação, dispersão e seleção [3, 4]. A especiação e a dispersão podem ser estocásticas e determinísticas, enquanto a deriva ecológica e a seleção são claramente estocásticas e determinísticas, respectivamente. As contribuições relativas dos processos estocásticos e determinísticos e como eles cooperam para regular o estabelecimento comunitário permanecem questões críticas.

É digno de nota que, para muitas leguminosas, a simbiose do nódulo radicular define uma interação planta-micróbio específica, onde a colonização rizobiana inicia nos pêlos radiculares através de fios de infecção transcelular [5, 6]. Isso complica o padrão de montagem da comunidade [7,8,9,10]. As leguminosas, ao contrário da maioria das plantas terrestres, podem desenvolver nódulos nas raízes para lidar com a presença dos seus parceiros bacterianos. A formação desses órgãos radiculares laterais de novo abriga os microssimbiontes dentro de suas células hospedeiras e fornece um meio de controlar o mutualismo entre micróbios e leguminosas [11, 12]. Durante o desenvolvimento do nódulo, as células corticais que dividem bactérias endossimbióticas confinadas em nódulos radiculares, com a cascata de sinal induzida por bactérias e a autorregulação de nodulação controlada pelo hospedeiro (AON), controlam com precisão o número de nódulos e otimizam o equilíbrio custo-benefício da relação mutualística. 13,14,15]. O distúrbio na autorregulação da nodulação geralmente leva a um número anormal de nódulos. As perturbações nas relações mutualísticas não se limitam às leguminosas hospedeiras e também podem afetar a composição conhecida das comunidades bacterianas associadas às raízes e impulsionar a sua distribuição, o que pode estender a influência a outras culturas consorciadas ou rotacionadas com leguminosas [7, 8]. Esta informação é importante para compreender a evolução simbiótica das leguminosas e projetar a fixação biológica simbiótica de nitrogênio (FBN) em plantas não leguminosas para incorporar essas interações binárias especializadas no contexto de uma comunidade ecológica.