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Sep 02, 2023

Atividades sazonais do microbioma filosfera de culturas perenes

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 1039 (2023) Citar este artigo 5666 Acessos 1 Citações 79 Detalhes de métricas altmétricas Compreendendo as interações entre plantas e microrganismos

Nature Communications volume 14, número do artigo: 1039 (2023) Citar este artigo

5666 Acessos

1 Citações

79 Altmétrico

Detalhes das métricas

Compreender as interações entre plantas e microrganismos pode informar a gestão do microbioma para aumentar a produtividade das culturas e a resiliência ao stress. Aqui, aplicamos uma abordagem centrada no genoma para identificar membros do microbioma foliar ecologicamente importantes em parcelas replicadas de switchgrass e miscanthus cultivados em campo, e para quantificar suas atividades ao longo de duas estações de cultivo para switchgrass. Usamos sequenciamento de metagenoma e metatranscriptoma e selecionamos 40 genomas montados em metagenoma (MAGs) de média e alta qualidade. Descobrimos que as classes representadas por esses MAGs (Actinomycetia, Alpha- e Gamma-Proteobacteria e Bacteroidota) estão ativas no final da temporada e regulam positivamente os transcritos para desidrogenase de cadeia curta, molibdopterina oxidorredutase e policetídeo ciclase. As vias associadas ao estresse são expressas na maioria dos MAGs, sugerindo envolvimento com o ambiente hospedeiro. Também detectamos vias biossintéticas sazonalmente ativadas para terpenos e várias vias peptídicas não ribossômicas que são mal anotadas. Nossas descobertas apoiam que as populações bacterianas associadas às folhas são sazonalmente dinâmicas e respondem aos sinais do hospedeiro.

As plantas perenes são um alvo crucial para o desenvolvimento sustentável dos biocombustíveis1,2,3. Além de produzirem uma elevada biomassa que pode ser convertida em biocombustíveis e bioprodutos, as culturas perenes oferecem uma vasta gama de serviços ecossistémicos que apoiam os esforços para mediar as alterações climáticas, incluindo a mitigação dos gases com efeito de estufa e a promoção da ciclagem de nutrientes do solo1,4,5,6. Como todas as plantas, as plantas perenes abrigam uma microbiota diversificada, e sabe-se ou espera-se que muitos desses micróbios beneficiem seus hospedeiros. Por exemplo, os micróbios associados às plantas podem aumentar a produtividade e proteger contra factores de stress ambiental. Devido ao envolvimento íntimo de muitos membros do microbioma associado às plantas com o hospedeiro, a gestão do microbioma vegetal é uma ferramenta proposta para promover o vigor das culturas e apoiar a resiliência das culturas às alterações climáticas globais7,8,9,10. Portanto, juntamente com o melhoramento seletivo e a gestão de campo baseada em dados, espera-se que a regulação do microbioma vegetal seja estratégica para a produção sustentável de matérias-primas para biocombustíveis.

As plantas têm compartimentos anatômicos, cada um habitado por consórcios microbianos distintos. Geralmente, a diversidade e a composição do microbioma vegetal estreitam-se dos compartimentos externos para os internos, e a planta desempenha um papel ativo na filtragem da composição do microbioma para dentro11,12,13. Os compartimentos externos da planta incluem a zona radicular, a rizosfera e o rizoplano abaixo do solo, e a filosfera epífita acima do solo . Os compartimentos externos têm uma representação relativamente maior de táxons microbianos transitórios ou comensais, e esses compartimentos interagem e recrutam micróbios do ambiente imediato. Os compartimentos internos incluem a endosfera dos tecidos acima e abaixo do solo, e estes têm riqueza relativamente baixa e abrigam a microbiota mais selecionada . Destes compartimentos, a rizosfera tem recebido mais atenção como um local crítico de interações microbianas-plantas que são importantes para a aquisição de nutrientes e água (por exemplo, Kuzyakov e Razavi17). No entanto, os membros da microbiota que habitam a filosfera também desempenham funções importantes nas plantas, como a exclusão de patógenos e a estimulação imunológica . Os microrganismos da filosfera têm adaptações especializadas ao seu estilo de vida exposto16,20,21,22 e contribuem para o carbono global e outros ciclos biogeoquímicos, incluindo transformações relevantes para as alterações climáticas23,24,25, e habitam a maior área de superfície acima do solo26. Como as matérias-primas perenes para biocombustíveis são frequentemente selecionadas para maximizar a área de superfície da folhagem, espera-se que a compreensão do microbioma da filosfera forneça informações sobre os envolvimentos microbianos que beneficiam a planta para apoiar a produtividade e a resiliência ao estresse.