La producción sostenible de alimentos sanos sobre suelos con problemas de fertilidad requiere de una gestión integral incluyendo cultivares mejorados con alta productividad bajo condiciones de estrés, el microbioma de la rizosfera y los endófitos (el microbioma propio de las plantas), así como medidas respetuosas con el medio ambiente para la prevención y control de plagas y enfermedades.

Este proyecto de investigación básica contempla esta problemática con relación a la salinidad y alcalinidad del suelo, situaciones que limitan la producción agraria especialmente en las zonas Mediterráneas. Los objetivos concretos son: (1) aclarar los mecanismos de equilibrio iónico de plantas localmente adaptadas a estas situaciones de estrés con relación a sus características de desarrollo y (2) el papel de esta homeostasis iónica en la respuesta de las plantas a microorganismos beneficiosos y patógenos. En la figura 1 se muestra un esquema de las diferentes etapas y objetivos del proyecto.

En el primer objetivo nos centramos especialmente en el desarrollo radicular, esencial para la absorción de agua y de nutrientes, y en la floración, proceso clave para la productividad. Como plantas modelo se usan mutantes del desarrollo de Arabidopsis thaliana y poblaciones naturales de A. thaliana y de Brassica fructiculosa, una especie silvestre más resistente a la salinidad, emparentada y hibridable con especies cultivadas de alto interés económico como la colza y las coles. Incluimos además poblaciones naturales de halófitas, plantas con tolerancia extrema a condiciones salinas como Cakile maritima y especies de Suaeda sp.

Figura 2. Plantas modelo utilizadas en el estudio. Izq. Arabidopsis thaliana. Der. Brassica fructiculosa

Figura 3. Plantas halófitas de tolerancia extrema a la salinidad utilizadas en el estudio. Izq. Cakile maritima. Der. Suaeda vera.

En el segundo objetivo estamos explorando, por un lado, el microbioma del suelo en íntimo contacto con las raíces (rizosfera) de poblaciones naturales de plantas tolerantes a la salinidad, para el aislamiento y caracterización de microorganismos que puedan tener aplicación práctica en la protección de cultivos frente a estrés salino y/o alcalino.

Por otro lado, investigamos la homeostasis iónica bajo estrés biótico inducido por patógenos causantes de marchitez vascular tomando como modelo Xylella fastidiosa, una bacteria que actualmente es responsable de graves daños en la viticultura y fruticultura Mediterránea. En la figura 1 se muestran esquemáticamente las características del proyecto y la interrelación de sus objetivos específicos.

En este primer año de proyecto hemos avanzado ya fuertemente en la caracterización de genes de desarrollo implicados en las respuestas de crecimiento adaptativo bajo estrés salino/alcalino. Mediante experimentos de trasplante recíproco también ya tenemos resultados prometedores que muestran efectos beneficiosos del microbioma de la rizosfera de poblaciones adaptadas a la salinidad sobre plantas no adaptadas e iniciamos la caracterización de los microorganismos responsables.

En diferentes variedades de viña en la isla de Mallorca se han identificado cepas positivas y negativas en Xylella fastidiosa, en las cuales, en estos momentos, se está llevando a cabo la campaña de recogida de muestras de hoja y savia. También hemos conseguido mediante inoculación, la expresión fenotípica de síntomas de infección de la bacteria en tabaco, una planta modelo anual de rápido crecimiento que resulta adecuada para el estudio de la enfermedad y que nos permite acelerar la visualización de los distintos tratamientos nutricionales, ya que en la vid el fenotipo patógeno se desarrolla de manera lenta. En el video adjunto pueden ver algunas de las actividades de investigación realizadas.

Este proyecto es de investigación básica, pero con evidentes beneficios prácticos a medio plazo en los campos de mejora genética vegetal, el desarrollo de biofertilizantes y el manejo sostenible de plantas expuestas a estrés biótico.

El desarrollo de este proyecto complejo es posible gracias a la ya larga experiencia de nuestro grupo de investigación especializado en estrés iónico en plantas y su más reciente trabajo intenso en la relación entre nutrición mineral de las plantas y sus interacciones bióticas, tanto con microorganismos beneficiosos (simbiontes y promotores de crecimiento) como con patógenos.