Physiological and molecular mechanisms of the plant-microbe interactions in the mycorrhizal symbiosis of Terfezia claveryi Chatin

Resumen

La trufa del desierto Terfezia claveryi es un hongo ectendomicorrícico hipogeo comestible con alto valor culinario y propiedades beneficiosas para la salud. Aunque su cultivo ha avanzado, la producción sigue siendo variable y errática, y es necesario estudiar los parámetros en la interacción hongo-bacteria-planta para lograr una producción estable y hacer frente a estreses ambientales, como el estrés hídrico, y al cambio climático. Esta Tesis Doctoral tiene como objetivo principal profundizar en el conocimiento del cultivo de la trufa del desierto usando como sistema modelo la simbiosis entre Helianthemum spp. y T. claveryi estudiándola desde un punto de vista fisiológico y molecular, teniendo en cuenta como los factores ambientales pueden afectar ambos procesos. En primer lugar, se propuso estudiar el impacto del CO2 atmosférico en la simbiosis micorrícica con un hospedante anual como Helianthemum salicifolium. Las plantas de H. salicifolium se cultivaron en cámaras de cultivo con CO2 a doble concentración y se midieron diferentes variables fisiológicas y morfométricas, relaciones hídricas y micorrización. Los resultados mostraron que la fotosíntesis, biomasa y micorrización aumentaron sin alterar el equilibrio nutricional de la planta. Por lo tanto, se sugiere el uso de plantas anuales como alternativa a las perennes para el cultivo de trufas del desierto en un escenario de cambio climático. En segundo lugar, se realizó un estudio para determinar si la micorrización entre Helianthemum almeriense y T. claveryi podría ser incrementada mediante la aplicación de la “mycorrhizal helper bacteria” MHB Pseudomonas mandelii #29 bajo estrés hídrico y si esto podría mejorar las relaciones hídricas de la planta. Se evaluó el efecto de la combinación de la inoculación con la MHB bajo dos regímenes de agua diferentes (riego adecuado y condiciones de sequía) sobre el desarrollo micorrícico, las propiedades hidráulicas de las raíces, la expresión génica de acuaporinas y las hormonas vegetales. Los resultados mostraron que la presencia de P. mandelii #29 en condiciones de sequía produjo en un efecto sinérgico, ya que potenció la colonización fúngica. Además, hubo una mejor regulación de las relaciones hídricas ya que las acuaporinas estuvieron mejor reguladas. El estudio alenta a comprender las complejas interacciones entre las bacterias MHB y los hongos micorrícicos en el contexto de la sequía para mejorar el manejo de las plantaciones. En tercer lugar, se estudió la expresión génica en las raíces de las plantas de H. almeriense micorrizadas con T. claveryi durante el desarrollo micorrícico. Se usó PCR en tiempo real para analizar genes de la planta y del hongo y se encontró que las alteraciones en la morfología y la intensidad micorrícica se asociaron con cambios en la expresión génica. La asociación entre H. almeriense y T. claveryi se dividió en tres etapas: la etapa presimbiótica, la etapa de simbiosis temprana y la etapa de simbiosis tardía. Se identificaron ciertos genes que desempeñan un papel clave en la entrada del hongo en la raíz y el establecimiento de la simbiosis. La TcAQP1 de T. claveryi parece jugar un papel importante en el establecimiento de la simbiosis. Por último, se analizó la dinámica estacional de la comunidad microbiana asociada a una plantación productora de trufas del desierto, empleando secuenciación de nueva generación (metagenómica). Los resultados indican que tanto la comunidad bacteriana como la fúngica están influenciadas por las estaciones del año, aunque el efecto fue mayor sobre la comunidad bacteriana. Además, los parámetros fisicoquímicos del suelo también afectaron a la comunidad microbiana. La abundancia de T. claveryi en el suelo estuvo muy marcada por la estacionalidad, ya que aumentó significativamente en invierno y luego disminuyo en primavera, pudiendo este micelio extraradical destinarse a la producción de la trufa.