Gestión de los microbiomas asociados a cultivos de interés agroalimentario para su uso como probióticos vegetales
- Autores: Daniel Espinosa Saiz
- Directores de la Tesis: Esther Menéndez (dir. tes.), Zaki Saati Santamaría (codir. tes.), Pedro F. Mateos González (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Salamanca ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María del Carmen Montero Calasanz (presid.), Narciso Martín Quijada (secret.), Salvadora Navarro de la Torre (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Microbiología y Genética Molecular por la Universidad de Salamanca
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
El incremento incesante de la población mundial implica que las necesidades alimentarias son cada vez mayores, siendo imprescindible una mayor producción y un mejor reparto de los alimentos disponibles. La agricultura es un sector clave en la producción de alimentos para la población. Para aumentar la productividad de sus cultivos, los agricultores utilizan frecuentemente fertilizantes químicos, los cuales tienen efectos perjudiciales para el medioambiente, como, por ejemplo, la acidificación de suelos, eutrofización de aguas y contaminación atmosférica, entre otros. En este contexto, cobra gran importancia el estudio de las propiedades de los microorganismos presentes en los suelos y como parte del microbioma de las plantas. Estos microorganismos juegan un papel crucial en la fertilidad del suelo, en la salud de las plantas y en la eficiencia en la absorción de nutrientes. En base a ellos, se han diseñado biofertilizantes y bioinoculantes capaces de promover el desarrollo de los cultivos agrícolas, incluso en condiciones de estrés biótico o abiótico, ocasionando un menor impacto ambiental que el uso de sustancias químicas. El uso de biofertilizantes se ha convertido en una alternativa sostenible para hacer frente al aumento de la demanda de alimento mundial.
La mayoría de los biofertilizantes utilizados están formados por una única cepa bacteriana y normalmente, para su aplicación, no se tiene en cuenta ningún factor inherente al agrosistema, como por ejemplo su microbioma residente. En este contexto, en la presente tesis doctoral se estudia la estructura, dinámica poblacional y capacidad funcional del microbioma, en concreto, comunidades bacterianas asociadas a distintos campos agrícolas utilizando una combinación de diferentes técnicas. Esta aproximación permite diseñar comunidades bacterianas sintéticas (SynComs) con potencial de promover el desarrollo de diferentes cultivos agrícolas. Por otro lado, también se estudia la capacidad antimicrobiana de ciertos aislados bacterianos en su uso potencial como agentes de biocontrol frente a fitopatógenos o como productores de antibióticos.
En el primer capítulo se estudió la diversidad microbiana y su dinámica a través del tiempo en distintos campos agrícolas donde se cultiva Triticum aestivum, Brassica napus, Vicia sativa o Lens culinaris mediante diferentes prácticas agrícolas. Este estudio fue abordado desde diferentes enfoques metodológicos como la secuenciación masiva de amplicones, la secuenciación masiva shotgun y el aislamiento bacteriano. Este enfoque combinado permitió tener un conocimiento más exhaustivo de la misma. Por un lado, la secuenciación masiva de ADN permitió conocer los microorganismos que conforman el microbioma de cada cultivo y su dinámica con el paso del tiempo. Por otro lado, el aislamiento bacteriano permitió crear una colección de algunos de los microorganismos presentes, especialmente bacterias, en dichos cultivos para poder estudiar su fisiología, bioquímica, ecología y características fenotípicas, e incluso poder formular biofertilizantes en un futuro.
En el segundo capítulo se estudió el potencial de la microbiota de campos agrícolas o agrosistemas que se encuentran bajo práctica constante de rotación de cultivo, cuyo denominador común es la presencia de trigo en dicha rotación. En este capítulo se exploró el potencial como promotores del crecimiento vegetal de las cepas aisladas de varios rizocompartimentos (bulk soil, rizosfera y endosfera) y cultivos (trigo, veza, colza y lenteja), así como su capacidad como agentes de biocontrol con actividad fungicida y nematicida. Utilizando una combinación de pruebas in vitro y análisis in silico de datos de metagenómica masiva shotgun y de genomas bacterianos, se exploraron las funciones y mecanismos que subyacen a estas propiedades, proporcionando una visión integral de la contribución de la microbiota del suelo a la salud de los cultivos. La comprensión de las propiedades de la microbiota del suelo y sus potenciales beneficios para la agricultura es crucial para el desarrollo de prácticas agrícolas sostenibles y eficientes. Este estudio proporcionó una evaluación exhaustiva de las capacidades funcionales de las comunidades bacterianas del suelo y asociadas a los cultivos en contextos agrícolas, combinando evidencia experimental con análisis bioinformáticos avanzados.
En el tercer capítulo se llevaron a cabo diversos ensayos in planta para evaluar la eficacia de las SynComs, compuestas por cepas bacterianas identificados en los capítulos anteriores, como potenciales promotores del crecimiento vegetal. Los resultados obtenidos no solo proporcionaron información práctica para la formulación de biofertilizantes efectivos, sino que también contribuyeron al desarrollo de estrategias agrícolas más sostenibles y que contribuyen a la resiliencia de los agrosistemas.
En resumen, el enfoque multidisciplinar que se ha seguido en esta tesis doctoral, que incluyó la combinación de técnicas in vitro e in silico en la toma de decisiones y diseño experimental, ha permitido diseñar SynComs con un alto potencial para ser aplicadas y formuladas como biofertilizantes. Estos biofertilizantes podrían ser recomendados para su inclusión en las prácticas agrícolas actuales llevadas a cabo por los agricultores, además de en el futuro, con el fin de paliar los problemas de salud del suelo y aumentar la resiliencia de sus cultivos frente al cambio climático cada vez más evidente y acuciante.
