Departamento de Bioquímica y Genómica Microbianas
Líneas de Investigación en beta-rizobios y leguminosas nativas (Responsable: Raúl Platero)
Perfil: El grupo de investigación beta-rizobios y leguminosas nativas surge del interés de nuestro Departamento de estudiar la diversidad de rizobios naturalmente asociados a leguminosas nativas. La descripción de rizobios pertenecientes a los géneros Paraburkholderia y Cupriavidus asociados a diversas leguminosas nativas, nos motivó a profundizar en el estudio de la diversidad de estos beta-rizobios en nuestro país. A su vez, en base a la poco información disponible, nos propusimos estudiar los mecanismos implicados en el establecimiento de simbiosis entre este grupo de rizobios y sus leguminosas hospederas. Para poder cumplir con estos objetivos, por un lado recorremos el país buscando nódulos de leguminosas nativas, en especial del género Mimosa, para aislar e identificar los rizobios naturalmente presentes en ellos. Por otro lado empleamos técnicas de biología molecular y aproximaciones ómicas para estudiar la expresión de genes, proteínas y moleculas implicadas en estas interacciones empleando algunos modelos desarrollados por nuestro grupo.
Profile: The research group “Beta-rhizobia and native legumes” arises from the interest of our Department to study the diversity of rhizobia naturally associated with native legumes. The description of rhizobia belonging to the genera Paraburkholderia and Cupriavidus associated to diverse native legumes, motivated us to deepen in the study of the diversity of these beta-rhizobia in our country. In addition, and based on the little information available, we set out to study the mechanisms involved in the establishment of symbiosis between this group of rhizobia and their host legumes. In order to fulfill these objectives, we travel around our country looking for nodules of native legumes, especially of the genus Mimosa, to isolate and identify the rhizobia naturally present in them. On the other hand, we use molecular biology techniques and omic approximations to study the expression of genes, proteins and molecules involved in these interactions by using plant-bacteria models developed by our group.
Desarrollo e implementación de herramientas moleculares para el estudio de bacterias promotoras del crecimiento vegetal
Mediante el desarrollo de esta línea se pretende abordar solucionar una de las limitantes más importantes para el estudio de bacterias promotoras del crecimiento vegetal; las limitadas herramientas genéticas disponibles para su estudio. Con este fin se propone la generación de vectores adecuados para el estudio de la interacción planta-microorganismo en aquellas bacterias con potencial biotecnológico presentes en las colecciones generadas en el Departamento de Bioquímica y Genómica Microbiana (BIOGEM) del IIBCE. Mediante el desarrollo de estas herramientas será posible entre otras cosas, la generación de mutantes en genes de interés, la inserción de genes en el cromosoma, el marcaje de bacterias seleccionadas con proteínas fluorescentes, así como la cuantificación de la expresión de promotores de genes claves en la interacción planta-microorganismos.
Diversidad de beta-rizobios asociados a leguminosas nativas
Nuestro país cuenta con una gran biodiversidad de especies animales y vegetales, pero la mayor parte de la biodiversidad es invisible; son los microorganimos presentes en nuestros ecosistemas. Los rizobios son bacterias del suelo capaces de asociarse con plantas leguminosas y llevar adelante el proceso de fijación biológica del nitrógeno (FBN). En este, las bacterias reducen el dinitrógeno atmosférico, transformandolo en amonio para ser utilizado en la biosintesis de moleculas orgánicas. La simbiosis establecida por rizobios y leguminosas, permite que las plantas se desarrollen sin la necesidad de agregar nitrógeno en forma de fertilizante y que las mismas pueden ser usadas tanto para la producción de alimento como para larecuperación de suelos degradados. En esta linea de investigación queremos conocer quienes son los rizobios que se asocian naturalmente con las leguminosas de nuestro país. En particular contamos con una colección de mas de 60 aislamientos de rizobios pertenecientes a los generos Cupriavidus y Burkholderia los cuales estamos caracterizando fisiologicamente, analizando sus genomas y determinando sus relaciones filogenéticas. Uno de los objetivos buscados es seleccionar cepas adecuadas para su uso como biofertilizantes.
Mecanismos moleculares implicados en la interacción entre beta-rizobios y leguminosas nativas
El establecimiento de relaciones simbióticas entre rizobios y leguminosas hospederas esta finamente regulado, exigiendo una expresión génica coordinada entre ambos organismos. Esta coordinación comienza cuando los organismos se reconocen mutuamente mediante el intercambio de señales en la rizósfera y culmina con la formación de órganos especializados en la raíz de las plantas hospederas en los cuales las bacterias llevan cabo el proceso de fijación biológica de nitrógeno. Por ende comprender los mecanismos moleculares implicados en las primeras etapas de la interacción, es fundamental para poder diseñar y aplicar sistemas simbióticos sustentables. El objetivo principal de esta línea de investigación es caracterizar en profundidad los cambios que ocurren durante el establecimiento de asociaciones simbióticas efectivas entre beta-rizobios del género Cupriavidus y sus plantas hospederas. Para esto estamos estudiando la expresión diferencial de genes y proteínas bacterianas en distintas etapas de la interacción.
Línea de Investigación en Ecología Microbiana (Responsable: Caludia Etchebehere)
Las bacterias son los organismos más diversos y versátiles del planeta, y controlan mayormente las tasas de los ciclos de los elementos en el ambiente. Poseen fisiologías, estrategias de comunicación y mecanismos de evolución extraordinariamente diversos y sofisticados.
Los ecólogos se han interesado en los microorganismos por mucho tiempo, pero carecían de las herramientas apropiadas para observarlos con detalle. Esto ahora ha cambiado gracias al advenimiento de técnicas moleculares.
El objetivo principal del Grupo de Ecología Microbiana es comprender los mecanismos que gobiernan las interacciones entre microorganismos y con el ambiente. En este sentido se estudian tanto ecosistemas naturales como sistemas con aplicaciones biotecnológicas. Desde el punto de vista de la Ecología Microbiana nos interesa conocer qué microorganismos están presentes, cual es la estructura de la comunidad microbiana y cuál es el rol de los microorganismos en el ecosistema. Desde el punto de vista de la aplicación nos interesa conocer la microbiología para optimizar procesos tales como biocontrol de patógenos, bioremediación, descontaminación de aguas residuales, producción de biocombustibles como hidrógeno y metano y de electricidad en celdas microbianas. Los ecosistemas que estudiamos incluyen: microorganismos del suelo, de la rizósfera de plantas, de sistemas de tratamiento de aguas residuales y de diferentes ecosistemas de la Antártida.
La complejidad del tema exige que confluyan diferentes aproximaciones metodológicas para su estudio las que comprenden disciplinas tales como la química analítica, bioquímica, biología molecular, microbiología, fisiología y ecología.
Línea de Investigación: Estudio de la microbiota asociada a cultivos de interés agronómico con el fin de desarrollar prácticas agrícolas sustentables (Responsable: Federico Battistoni)
El uso de fertilizantes químicos para la mejora de la productividad de los cultivos, es una práctica muy común en la actualidad. Sin embargo, dicha práctica tiene efectos muy negativo sobre el medio ambiente y sobre los costos de producción. Con respecto al medio ambiente, se estima que el 50% de los fertilizantes aplicados, muchas veces en exceso, se pierde en el suelo por lixiviación, erosión del suelo, o emisiones gaseosas. Esto trae como consecuencia la acidificación del suelo, la contaminación superficial y subterranea del agua, así como la pérdida de biodiversidad y producción de gases de efecto invernadero. Por otra parte, los fertilizantes químicos son uno de los principales gastos de producción en la agricultura de países como el nuestro, el cual importan gran porcentaje de los mismos. Estas problemáticas hacen necesaria la búsqueda de alternativas sustentables, económica y ambientalmente, al uso de fertilizantes químicos.
En este contexto surge como una excelente alternativa biotecnológica el uso de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV) sujeto de estudio de nuestro grupo. Los mecanismos por los cuales las bacterias promueven el crecimiento vegetal pueden clasificarse en directos o indirectos. Entre los mecanismos directos se incluye: 1- la producción de fitohormonas (auxinas, giberlinas, citoquininas), o proteínas que regulan sus niveles en la planta como la ACC desaminasa; 2- la fijación biológica del nitrógeno (FBN); 3- el incremento en la solubilización de minerales (ej. P, K, Fe); 4- la producción de sustancias fenólicas estimulantes de la germinación de semillas, la emergencia y el establecimiento de la plántula. Por otra parte, la promoción indirecta del crecimiento incluye: 1- el control biológico de fitopatógenos mediante la inducción de los mecanismos de defensa de la planta, la producción de sustancias antagónicas, la competencia por el hábitat ecológico o sus nutrientes; 2- el favorecer la tolerancia a estreses abióticos. La promoción del crecimientopor las bacterias depende de la especificidad de la interacción planta-bacteria, en donde influye el genotipo de la planta, la microbiota asociada a la misma, el tipo de suelo, así como de las condiciones agroclimáticas. Esto resalta el hecho de la importancia de realizar los estudios para cada caso bacteria-planta particular.
En nuestro grupo nos centramos particularmente en el estudio de las bacterias endófitas, aquellas que colonizan activamente los tejidos internos de las plantas y establecen asociaciones sin causarle daño aparente. En contraste con los sistemas endosimbióticos o patogénicos bien estudiados, poco se sabe de las bases moleculares de la interacción endófito-planta hospedera. Sin embargo, existe una amplia evidencia del efecto PCV que éstas confieren a plantas de interés agronómico, siendo un campo de estudio en constante desarrollo. En este sentido el estudio y explotación de dicha interacción puede jugar un rol significativo en la sustentabilidad de los sistemas de producción agrícolas siendo el área de estudio de nuestro grupo. Entre los cultivos de interés nacional que estudiamos se encuentran el sorgo dulce, la caña de azúcar, la canola, el cáñamo y la festuca. En estos cultivos nos centramos en entender los mecanísmos básicos imperantes de la interacción planta-microbiota con la finalidad última de desarrollar bioinoculantes para mejorar la producción de los mismos.
Descripción de la imagen: La cepa bacteriana endófita Neorhizobium sp UYSO24 colonizando la superficie de una raíz de caña de azúcar mediante la formación de una biopelícula.