La revolución holobionte: cómo el trigo se está volviendo más resistente al clima gracias al fitomejoramiento basado en la naturaleza y al aprendizaje automático
Centrarse en la interacción entre el microbioma y las plantas
Los fertilizantes nitrogenados utilizados en la agricultura contribuyen significativamente al calentamiento global. Un nuevo concepto de mejora genética, específico para el trigo, podría ayudar a reducir la fertilización nitrogenada. Este principio holobionte sitúa las complejas interacciones entre las plantas y los microbiomas del suelo en el centro de la mejora vegetal. En combinación con el aprendizaje automático, podría conducir al uso de nuevas variedades de trigo, así como de otros cultivos, que sean más resistentes al cambio climático y contribuyan a la salud del suelo. Dos estudios recientes dirigidos por Wolfram Weckwerth, de la Universidad de Viena, se han publicado en las revistas Plant Biotechnology y Trends in Plant Science.
Para aumentar el suministro de alimentos y piensos, la agricultura intensiva ha recurrido cada vez más a los fertilizantes nitrogenados (N). Sin embargo, más de la mitad del nitrógeno que se aplica anualmente a las tierras de cultivo acaba perdiéndose en el aire y el agua. Estas pérdidas provocan graves problemas, como la contaminación del aire y el agua, la acidificación del suelo, el cambio climático, el agotamiento del ozono estratosférico y la pérdida de biodiversidad. Por consiguiente, reducir la pérdida de nitrógeno de las tierras de cultivo podría aumentar los beneficios económicos al disminuir las necesidades de fertilizantes, mejorar la salud humana y los servicios ecosistémicos y contribuir a mitigar el cambio climático.
El concepto de holobionte: considerar las plantas y los microbios como una unidad
Wolfram Weckwerth subraya que la mejora sostenible de la resistencia y el rendimiento de los cultivos no debe centrarse únicamente en las plantas, sino también en el microbioma que rodea sus raíces y hojas. Los microbiomas del suelo también ofrecen oportunidades para mejorar la fertilidad del suelo y reducir la dependencia de los fertilizantes sintéticos. Señala: "La evolución de las plantas se debe en gran medida a las interacciones entre plantas y microbios, pero la ecología del holobionte vegetal no se conoce bien a nivel molecular. Sin embargo, estas relaciones encierran enormes beneficios para la agricultura sostenible. Por lo tanto, es crucial identificar variedades de plantas que produzcan inhibidores naturales de la nitrificación, también conocidos como inhibidores biológicos de la nitrificación (BNI), que son exudados por las raíces en el suelo".
El trigo como vía natural para frenar la pérdida de nitrógeno
En un estudio reciente, el equipo internacional investigó el potencial de varios cultivares de trigo para producir BNI que ayudan a controlar los procesos de nitrificación del suelo. Descubrieron una pronunciada variación natural de la actividad BNI en diferentes líneas de trigo de élite.
"Nuestro análisis de los exudados radiculares, compuestos complicados liberados por el sistema radicular, muestra una variación sustancial entre los cultivares de trigo", explica Arindam Ghatak, primer autor del estudio. "Estos exudados promueven o inhiben composiciones específicas del microbioma y permiten seleccionar cepas con una actividad BNI particularmente alta". Cultivando estas cepas con actividad BNI, los agricultores podrían reducir significativamente la necesidad de fertilizantes nitrogenados en el futuro. Se trata de un paso importante para mitigar la alteración del ciclo global del nitrógeno causada por el uso excesivo de fertilizantes antropogénicos.
Mejora vegetal basada en datos para un futuro sostenible
Para utilizar eficazmente esta solución basada en la naturaleza, un equipo internacional de científicos en torno a Wolfram Weckwerth, del Laboratorio de Biología de Sistemas Moleculares (MOSYS) y del Laboratorio de Biología de Arqueas y Ecogenómica de la Universidad de Viena, ha desarrollado un novedoso concepto de mejora genética. Con el apoyo de instituciones asociadas de Grecia, Australia, India, Japón, Canadá, EE.UU. y México, el equipo sitúa el concepto de holobionte en el centro del fitomejoramiento moderno, centrándose en las complejas interacciones entre las plantas y los microbiomas del suelo. A través de un innovador enfoque basado en datos, la genética vegetal, los estudios del microbioma y PANOMICS se integran para generar datos de alto rendimiento.
"En combinación con algoritmos de aprendizaje automático, esto abre una prometedora plataforma de mejora genética para desarrollar nuevas variedades de cultivos con alto potencial de BNI, mayor resistencia al cambio climático y mejor salud del suelo", explica Weckwerth. Así pues, el concepto de holobionte marca un cambio de paradigma: combina ecología, biología de sistemas y tecnología de mejora genética, al tiempo que pone de relieve la interconexión de los ecosistemas y abre nuevas vías hacia una agricultura eficiente en el uso de los recursos y resistente al cambio climático.
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Publicación original
Wolfram Weckwerth, Palak Chaturvedi, Arindam Ghatak, Melina Kerou, Vanika Garg, Abhishek Bohra, Guntur V. Subbarao, Lisa Stein, Christa Schleper, Rajeev K. Varshney, Sieglinde Snapp; "Natural variation of the holobiont for sustainable agroecosystems"; Trends in Plant Science, 2025
Arindam Ghatak, Alexandros E. Kanellopoulos, Cristina López-Hidalgo, Andrea Malits, Yuhang Meng, Florian Schindler, Shuang Zhang, Jiahang ... Evangelia S. Papadopoulou, Palak Chaturvedi, Wolfram Weckwerth: Natural variation of the wheat root exudate metabolome and its influence on biological nitrification inhibition activity. In Plant Biotechnology Journal, 2025.
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