Resumen de Differences in soil zinc availability as a driver of natural selection in Arabidopsis thaliana and rhizosphere bacteria /
El creixement de la població crea la necessitat de millorar els sòls problemàtics per usos agrícoles. El Zinc és un micronutrient essencial, mentre que en excés inhibeix el creixement. La transformació per microorganismes de formes no disponibles a disponibles de Zn, contribueix a millorar la nutrició i promoure el creixement de plantes en sòls deficients en Zn. La mobilització de Zn en sòls contaminats pot ser necessària per millorar la fitoextracció en remediació de sòls.
Els objectius d’aquesta tesis, son caracteritzar un sòl de Zn com a factor de la selecció natural en la planta model Arabidopsis thaliana, i en bacteris rizosfèrics. Entendre el complex planta-bacteri-sòl com una sola entitat interrelacionada amb el propòsti d’obtenir información útil per futures aplicacions en el producció de cultius sostenibles i en fitorremediació.
Aquesta tesis es divideix en tres capítols: 1) resposta de poblacions de A. thaliana a substrats amb diferent disponibilitat de Zn, 2) caracterització de bacteris del sòl i rizosfèrics, capaços de promoure el creixement de plantes i mobilitzar Zn, Fe i P, 3) genome wide association analysis en 360 poblacions naturals d'una col·lecció de A. thaliana per a la identificació de SNPs relacionats amb el creixement de la roseta i nutrició, d’un sòl contaminat provinent d’una mina de Zn.
Es va explorar la variabilitat natural de disponibilitat de Zn de sòl situats al nord-est de Catalunya, i es va relacionar amb l'acumulació de Zn en A. thaliana d'aquests hàbitats. Els experiments en cultius de sòls i hidropònics van demostrar que les plantes es van adaptar localment a aquestes diferents condicions del sòl. L'anàlisi de RT-qPCR va revelar una expressió més alta de gens implicats en el transport de Zn en LLAM, el deme d'un lloc amb sòl relativament alt de Zn i nivells de carbonat. L'adaptació natural a sòls carbonats era hereditària, tal com es revela a la generació F1 obtinguda mitjançant l'encreuament de LLAM, varietat més tolerant, amb T6, varietat més sensible a carbonats. Una col·lecció de Hapmap de 360 poblacions de A. thaliana va revelar grans diferències en la tolerància a Zn i Pb en el sòl de la mina, mostrant grans diferències en la supervivència, el creixement i la ionometria de les fulles. El GWAs va revelar que les variacions ionòmiques foliars dels supervivents tolerants a metalls, estaven relacionades amb SNPs associats amb gens de resistència a patògens. Això coincideix amb l'important paper de l'homeòstasi del Zn i el Fe en la defensa dels patògens vegetals.
El sòl ric en Zn és un motor per a la selecció natural també en bacteris de sòl i rizosfera. La majoria de bacteris tolerants a Zn es van trobar en el sòl de la mina contaminada per Zn. En el rizoplà del deme de A. thaliana CALA, va ser l'únic lloc no contaminat on es van trobar bacteris tolerants a Zn. Els millors candidats per la seva futura aplicación en base a la tolerància a Zn i Cd, la capacitat de mobilització de Zn i P i la producció de fitosteròfors i IAA, van ser: Pseudomonas fluorescens (soca uab9) amb excel·lent tolerància i mobilització de Zn, P. antarctica (uab7) que combina tolerancia a Zn amb excel·lents mobilizació de P, tolarància al Cd i producción de IAA, i Serratia marcescens (uab10) amb tolarància al Zn i Cd, combinades amb la màxima producció de IAA. P. rhodesiae (uab 4/5) i S. marcescens (uab1) són excel·lents candidats per a la promoció del creixement vegetal i la millora de la disponibilitat de Fe i Zn a les plantes, de cultiu en sòls carbonats. Tots dos sent bons productors de sideròfors, capaços de solubilitzar Zn i P i produir IAA.
En conclusió, la variació natural de Zn i carbonat en sòl, fins i tot dins d'una petit rang, condueix a l'adaptació local de plantes de A. thaliana. El sòl de la mina amb elevat contingut de metalls, és la millor font de bacteris tolerants a Zn capaç de solubilitzar-lo. Tanmateix, les plantes poden influir en la presència de bacteris de rizosfera. Plantes amb un alta eficiència d'absorció de Zn, com CALA, poden afavorir l'establiment de bacteris tolerants a Zn en el rizoplà. Treballs futurs, exploraràn la possible aplicació d'aquests resultats tant a la producció sostenible de cultius sobre el sòl deficient de Zn, com a la fitoextracció de Zn en sòls contaminats.
