Estudio del efecto de la suplementación de hierro sobre la microbiota asociada al epitelio radicular de Pappostipa frigida

Abstract

Introducción: Los órganos de absorción de nutrientes en animales y plantas albergan comunidades bacterianas dinámicas y complejas, conocidas como microbiota, las cuales desempeñan un papel clave en diversos procesos fisiológicos esenciales para la salud del hospedero. Cambios en las condiciones fisicoquímicas del ambiente, características genéticas o estado de desarrollo del hospedero, entre otros, afectan la estructura de la microbiota (composición taxonómica y funcional, diversidad y patrones de interacción entre sus miembros). Sin embargo, la información sobre cómo cambios en la disponibilidad de nutrientes afecta la estructura de la microbiota asociada a órganos de absorción del hospedero aún es escasa. En este proyecto de tesis se evaluó cómo un incremento en la disponibilidad de hierro modifica la estructura de la microbiota asociada a las raíces de la planta Pappostipa frigida. Objetivo general: Establecer la relación entre la disponibilidad de hierro y la estructura (composición taxonómica y patrones de interacción) de la microbiota asociada al epitelio radicular. Materiales y métodos: La estrategia experimental incluyó la suplementación de hierro (FeSO4, 0,1 y 0,5 mM) en plantas de Pappostipa frigida. Se midió el contenido de hierro en el suelo y en las raíces de las plantas antes y después de la suplementación (48 horas). En paralelo, se realizó la secuenciación masiva del gen 16S rRNA para identificar las variantes de secuencia exacta (ASVs) presentes en el microbioma del suelo desnudo y asociado a las raíces. Resultados: La suplementación con hierro generó un aumento significativo en el contenido de hierro soluble en los suelos y tejidos de las raíces de las plantas suplementadas en comparación con aquellas no suplementadas. Aunque la riqueza y diversidad de la microbiota no variaron de manera significativa (Mann-Withney, p>0.05) tras la suplementación con hierro en suelo desnudo y suelo de la rizósfera, el análisis de la composición a nivel de ASVs reveló que el 30% de los taxones fueron detectados únicamente después de la suplementación (denominados ASVs “exclusivos”). En cuanto a los ASVs detectados tanto antes como después de la suplementación (denominados ASVs “compartidos”), se observó que algunos de éstos presentaron un incremento o una reducción significativa de su abundancia relativa luego de la suplementación con hierro. Estos grupos difieren tanto en su composición taxonómica como funcional en respuesta a hierro. Por otro lado, el análisis de las interacciones en las redes de coocurrencia reveló una disminución significativa de las interacciones negativas en las muestras de suelo suplementadas. Conclusiones: El aumento en la disponibilidad de hierro afecta la estructura de la microbiota asociada a las raíces de Pappostipa frigida. Se identificaron poblaciones específicas con respuestas diferenciadas a hierro, tanto en términos de composición como de funcionalidades. Además, los resultados sugieren que el hierro podría desempeñar un papel relevante en la modulación de las interacciones en la microbiota asociada a las raíces de Pappostipa frigida, al disminuir las relaciones antagónicas entre bacterias.

Introduction: Nutrient-absorbing organs of animals and plants harbor dynamic and complex bacterial communities (microbiota) that are involved in several physiological processes essential for host health. Changes in the physicochemical conditions of the environment, genetic characteristics or developmental stage of the host, among other factors, affect the structure of the microbiota (taxonomic and functional composition, diversity and patterns of interaction among its members). However, information on how changes in nutrient availability affect the structure of the microbiota associated with the host's absorptive organs is still scarce. In this thesis project, we investigated how an increase in iron availability modifies the structure of the microbiota associated with the roots of the plant Pappostipa frigida. General objective: To determine the relationship between iron availability and the structure (taxonomic composition and interaction patterns) of the microbiota associated with the root epithelium. Materials and Methods: The experimental strategy included iron supplementation (FeSO4 0.1 and 0.5 mM) in P. frigida plants. Iron levels in soil and plant roots were measured before and after supplementation (48 h). In parallel, massive 16S rRNA gene sequencing was performed to identify the exact sequence variants (ASVs) present in the bare soil and root-associated microbiome. Results: Iron supplementation resulted in a significant increase in soluble iron content in soil and root tissues of supplemented plants compared to non-supplemented plants. Although the richness and diversity of the microbiota did not change significantly (Mann-Withney p>0.05) after the iron supplementation period in bare soil and rhizosphere, analysis of the composition at the ASV level revealed that 30% of the taxa were detected only after supplementation (referred to as "exclusive" ASVs). As for the ASVs detected before and after supplementation (referred to as "shared" ASVs), it was observed that in some cases they showed a significant increase or decrease in their relative abundance, which differed both in their taxonomic and functional composition in response to iron. On the other hand, analysis of interactions in co-occurrence networks revealed a significant decrease in negative interactions in supplemented soil samples. Conclusions: Increased iron availability affects the structure of the microbiota associated with Pappostipa frigida roots. Specific populations with distinct responses to iron in terms of composition and functionalities were identified. In addition, the results suggest that iron may play an important role in modulating interactions in the microbiota associated with Pappostipa frigida roots by reducing antagonistic relationships between bacteria.