Potencial bioestimulante de nuevas cepas del género Pararhizobium que promueven la tolerancia al estrés abiótico en plantas

Abstract

[spa] [spa] La agricultura moderna enfrenta desafíos crecientes debido a la incidencia de factores abióticos, como sequía y temperaturas extremas, que afectan la productividad y la seguridad alimentaria global. En este contexto, las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) se presentan como una estrategia sostenible para mejorar la resiliencia de los cultivos mediante la síntesis de fitohormonas, la movilización de nutrientes y la inducción de mecanismos de tolerancia al estrés. Esta tesis doctoral aporta un enfoque integral que combina una caracterización taxonómica, genómica, bioquímica, fisiológica y molecular de dos cepas de Pararhizobium sp., 44 y 128, y su capacidad para promover crecimiento y tolerancia a estrés abiótico en tomate (Solanum lycopersicum L.), un cultivo de alto interés económico y modelo experimental. Los resultados representan un avance significativo en el conocimiento de PGPR poco explorados y su aplicación en la agricultura resiliente al cambio climático. Los resultados demostraron que ambas cepas constituyen una nueva especie dentro del género Pararhizobium, diferenciada claramente de otras especies afines mediante análisis morfofisiológicos y genómicos. Su genoma revela un repertorio funcional asociado a colonización, producción de fitohormonas, metabolismo de poliaminas y tolerancia al estrés oxidativo, mientras que ensayos in vitro confirmaron su capacidad para promover el crecimiento vegetal y mitigar el daño por estrés osmótico, incluyendo modificaciones adaptativas en la arquitectura radicular. Se han identificado genes clave relacionados con la producción de enzimas como fosfatasas y glucosidasas, que contribuyen a la disponibilidad de nutrientes y adaptación al estrés, fortaleciendo el potencial bioestimulante de estas cepas. La inoculación con estas cepas induce tolerancia al frío y a la sequía en plantas de tomate, mediante un mecanismo integral de bioestimulación que combina señales hormonales, regulación del metabolismo de poliaminas y activación de sistemas antioxidantes. Las plantas inoculadas presentaron mayor supervivencia, mejor retención hídrica, reducción del daño celular y activación de enzimas antioxidantes como superóxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT) y ascorbato peroxidasa (APX). A nivel molecular, se observó la activación de rutas transcripcionales clave, como la constituida por la cascada de señalización ICE1–CBF–COR, y la modulación de genes de biosíntesis y catabolismo de poliaminas, así como genes reguladores del estrés, lo que evidencia un estado de priming que prepara a la planta para responder de una manera eficiente a condiciones climáticas adversas. Estos hallazgos proporcionan una evidencia robusta de la integración de las respuestas fisiológicas, bioquímicas y genéticas mediadas por los PGPR, lo que representa un aporte novedoso sobre los estudios de la interacción planta-microorganismo. Además, las cepas promovieron ajustes estomáticos y metabólicos que permitieron conservar la eficiencia fotosintética y optimizaron la respuesta al déficit hídrico, sugiriendo un efecto preventivo frente a la sequía. Estos hallazgos respaldan la potencial aplicación de las cepas Pararhizobium sp. 44 y 128 como bioinoculantes específicos, contribuyendo a estrategias de agricultura sostenible y resiliente al cambio climático. En resumen, los resultados obtenidos en esta investigación presentan un alto potencial de transferencia hacia el desarrollo de nuevos productos bioestimulantes, orientados a la protección de cultivos frente a distintos tipos de estrés abiótico y a la mejora tanto de la producción como de la calidad del fruto en plantas de tomate.

[cat] L’agricultura moderna afronta reptes creixents a causa de la incidència d’estrès abiòtic, com la sequera i les temperatures extremes, que comprometen la productivitat i la seguretat alimentària global. En aquest context, els rizobacteris promotors del creixement vegetal (PGPR) es presenten com una estratègia sostenible per incrementar la resiliència dels cultius mitjançant la síntesi de fitohormones, la mobilització de nutrients i la inducció de mecanismes de tolerància a l’estrès. Aquesta tesi doctoral aporta un enfocament integral que combina la caracterització taxonòmica, genòmica, bioquímica, fisiològica i molecular, centrant-se en l’estudi de dues soques de Pararhizobium sp., la 44 i la 128, i la seva capacitat per promoure el creixement i la tolerància a l’estrès abiòtic en tomaqueres (Solanum lycopersicum), un cultiu de gran interès econòmic i model experimental. Els resultats representen un avenç significatiu en el coneixement de PGPR poc explorats i en la seva aplicació en una agricultura resilient davant del canvi climàtic. S’ha demostrat que ambdues soques constitueixen una nova espècie dins del gènere Pararhizobium, diferenciant-se clarament d’altres espècies afins mitjançant anàlisis morfofisiològiques i genòmiques. Els seus genomes mostren un repertori funcional associat a la colonització, la producció de fitohormones, el metabolisme de poliamines i la tolerància a l’estrès oxidatiu. Els assajos in vitro confirmen la seva capacitat per promoure el creixement vegetal i mitigar els efectes de l’estrès osmòtic, incloent-hi modificacions adaptatives en l’arquitectura radicular. S’han identificat gens clau relacionats amb la producció d’enzims com fosfatases i glucosidases, que contribueixen a la disponibilitat de nutrients i a l’adaptació a l’estrès, reforçant el potencial bioestimulant de les soques. La inoculació amb aquestes soques confereix tolerància al fred i a la sequera en tomaqueres, mitjançant un mecanisme integral de bioestimulació que combina senyals hormonals, regulació del metabolisme de poliamines i activació de sistemes antioxidants. Les plantes inoculades presenten una major supervivència, millor retenció hídrica, reducció del dany cel·lular i activació d’enzims antioxidants com superòxid dismutasa (SOD), catalasa CAT i ascorbat peroxidasa (APX). A nivell molecular, s’observa l’activació de rutes transcripcionals clau, com ICE1–CBF–COR, així com la modulació de gens biosintètics i reguladors de l’estrès, evidenciant un estat de priming que prepara la planta per respondre de manera eficient davant de condicions adverses. Aquests resultats aporten evidència sòlida sobre la integració de respostes fisiològiques, bioquímiques i genètiques mediades per PGPR, constituint una contribució innovadora a la ciència de la interacció planta-microorganisme. A més a més, les soques promouen ajustaments estomàtics i metabòlics que mantenen l’eficiència fotosintètica i optimitzen la resposta al dèficit hídric, suggerint un efecte preventiu i eficient davant la sequera. Aquests resultats donen suport a la possible aplicació de les soques de Pararhizobium sp. 44 i 128 com a bioinoculants específics, contribuint a estratègies d’agricultura sostenible i resilient davant del canvi climàtic. En resum, els resultats obtinguts en aquesta investigació presenten un alt potencial de transferència cap al desenvolupament de nous productes bioestimulants, orientats a la protecció dels conreus davant de diversos tipus d’estrès abiòtic i a la millora tant de la producció com de la qualitat del fruit en plantes de tomàquet.