Selección de bacterias bioestimulantes para trigo duro y maíz común, y búsqueda de nuevos agentes de biocontrol frente a fitopatógenos mediante el análisis del bacterioma del escarabajo de la corteza del abeto europeo (lps typographus)
- Autores: Ezequiel Peral Aranega
- Directores de la Tesis: Raúl Rivas González (dir. tes.), Paula García Fraile (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Salamanca ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Alexandra Díez Méndez (presid.), José David Flores Félix (secret.), Clarisse Brígido (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Microbiología y Genética Molecular por la Universidad de Salamanca
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
La población mundial está creciendo a un ritmo sin precedentes, alcanzando los 8 mil millones de personas en 2023 y se proyecta que supere los 9 mil millones para 2050. Esta situación implica un número creciente de recursos necesarios para satisfacer la demanda humana de alimentos y otras necesidades, intensificando el impacto humano en los ecosistemas naturales. En este contexto, el trigo y el maíz desempeñan un papel crucial en la nutrición humana, ya que son dos cultivos principales a nivel mundial, representando el 28% de la producción agrícola mundial. Sin embargo, las prácticas agrícolas actuales dependen en gran medida de fertilizantes inorgánicos y pesticidas para lograr altos rendimientos. Esto causa una degradación ambiental significativa. La producción de fertilizantes inorgánicos se basa principalmente en combustibles fósiles, lo que contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero y a la acidificación local. Además, el uso excesivo de estos productos degrada la calidad del suelo y conduce a la acumulación de nutrientes en los sistemas de agua dulce, causando eutrofización. Por otro lado, se prevé que los fitopatógenos, si no se tratan, reduzcan la producción de cereales en alrededor del 32%, principalmente debido a enfermedades causadas por hongos. Los pesticidas químicos son inespecíficos, persistentes en el medio ambiente y pueden provocar el desarrollo de resistencias, reduciendo su eficacia. Esta situación exige un cambio de paradigma en la agricultura para abordar estos problemas y fomentar prácticas más sostenibles. Los inóculos bacterianos basados en bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB) pueden beneficiar el desarrollo de las plantas y proporcionar protección contra plagas y enfermedades. Los mecanismos de acción de las PGPB mejoran la disponibilidad de nutrientes, estimulan el crecimiento vegetal, inducen resistencias vegetales a estreses bióticos y abióticos, y proporcionan protección contra fitopatógenos por competencia y/o antagonismo. Los bioestimulantes basados en PGPB tienen el potencial de aumentar el rendimiento y la calidad de los cultivos sin depender de aditivos químicos o, al menos, reduciendo la dependencia de ellos. De igual forma, los agentes de biocontrol bacteriano (BBCA) basados en PGPB pueden proteger a las plantas contra fitopatógenos, reduciendo al mismo tiempo el uso de pesticidas químicos. Estudios recientes han revelado que los insectos podrían albergar más cepas bacterianas con fuertes capacidades antagónicas contra patógenos microbianos que otros nichos, como el suelo o las plantas. El contexto ecológico del gorgojo de la corteza Ips typographus y estudios previos sugieren que las bacterias asociadas a este gorgojo podrían tener potencial de biocontrol contra hongos patógenos, lo que representa un nicho prácticamente inexplorado para la obtención de cepas con capacidad BBCA. En esta tesis, se emplearon diferentes técnicas de laboratorio, campo y computacionales para la búsqueda de inóculos bacterianos de interés para plantas de trigo y maíz, promoviendo su crecimiento y protegiéndolas contra fitopatógenos. El trabajo se ha dividido en dos secciones: la Sección I incluye el trabajo realizado en la búsqueda de bacterias con potencial bioestimulante para el trigo duro y el maíz común. Por su parte, la Sección II se centró en la búsqueda de BBCA de interés para la silvicultura y la gestión de cultivos.con especial interés en el trigo duro, en un nicho novedoso para BBCA, el escarabajo descortezador Ips typographus.
- English
World population is growing at an unprecedented rate, reaching 8 billion people in 2023 and projected to surpass 9 billion by 2050. This situation implies an increasing number of resources needed to meet humanity's demand for food and other necessities, intensifying human impacts on natural ecosystems. In this context, wheat and maize play a crucial role in human nutrition as they are two major crops worldwide, accounting for 28% of the global agricultural yield. However, current agricultural practices heavily rely on inorganic fertilizers and pesticides to achieve high yields. This causes significant environmental degradation. Inorganic fertilizers production is largely based on fossil fuels, contributing to greenhouse gas emissions and local acidification. Moreover, the overuse of these products degrades soil quality and leads to nutrient accumulation in freshwater systems, causing eutrophication. On the other side, phytopathogens, if not treated, are predicted to reduce cereal yield in around 32%, mostly because of fungi-caused diseases. Chemical pesticides are non-specific, persistent in the environment, and can lead to the development of resistances, reducing their effectiveness. This situation necessitates a paradigm shift in agriculture to address these issues, leading to the development of more sustainable practices. Bacterial inoculants based on plant-growth promoting bacteria (PGPB) can benefit plant development and provide protection against pests and diseases. PGPB action mechanisms enhance nutrient availability, stimulate plant growth, induce plant resistances to biotic and abiotic stresses, and provide protection against phytopathogens by competition and/or antagonism. PGPB based biostimulants have the potential to increase crop yields and quality without relying on chemical additives or, at least, reducing the dependence on them. Similarly, bacterial biocontrol agents (BBCA) based on PGPB can protect plants against phytopathogens meanwhile reducing the use of chemical pesticides. Recent studies revealed that insects might harbour more bacterial strains with strong antagonistic capacities against microbial pathogens than other niches, such as soil or plants. The Ips typographus bark beetle ecological context and previous studies suggest that bacterial associates to this beetle may have biocontrol potential against pathogenic fungi, representing an almost unexplored niche for obtaining strains with BBCA capacities. In this thesis, different laboratory, field, and computational techniques were used to search for bacterial inoculants of interest for wheat and maize plants, promoting their growth and protecting them against phytopathogens. The work has been divided in two sections: Section I includes the work carried out in the search for bacteria with biostimulant potential for durum wheat and common corn. Meanwhile, Section II focused on the search for BBCA of interest for forestry and crops management, with special interest in durum wheat, in a novel niche for BBCA, the Ips typographus bark beetle.
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