Das raízes à resiliência:investigando o papel vital dos micróbios na saúde das plantas costeiras
Pesquisadores da Georgia Tech pesquisando locais de campo nas salinas da Ilha Sapelo, Geórgia. Crédito:Instituto de Tecnologia da Geórgia Os pântanos de água salgada da Geórgia – que vivem onde a terra encontra o oceano – estendem-se ao longo de toda a costa de 160 quilômetros do estado. Esses ricos ecossistemas são em grande parte dominados por apenas uma planta:a grama.
Conhecida como cordgrass, a planta é uma engenheira do ecossistema, fornecendo habitats para a vida selvagem, limpando naturalmente a água à medida que ela se move do interior para o mar e mantendo a linha costeira unida para que não entre em colapso. Cordgrass até protege as comunidades humanas das marés.
Compreender como essas plantas permanecem saudáveis é de importância ecológica crucial. Por exemplo, um estressor vegetal conhecido e predominante em solos pantanosos é o composto de enxofre dissolvido, o sulfeto, que é produzido e consumido por bactérias. Mas embora a costa da Geórgia possua uma rica tradição de investigação ecológica, a compreensão das diferentes formas como as bactérias interagem com as plantas nestes ecossistemas tem sido difícil de compreender. Graças aos recentes avanços na tecnologia genômica, os biólogos da Georgia Tech começaram a revelar processos ecológicos nunca antes vistos.
O trabalho da equipe foi publicado na Nature Communications .
Joel Kostka, professor ilustre de Tom e Marie Patton e presidente associado de pesquisa da Escola de Ciências Biológicas, e Jose Luis Rolando, pós-doutorado, decidiram investigar a relação entre o capim-cordão Spartina alterniflora e as comunidades microbianas que habitam suas raízes , identificando as bactérias e suas funções.
“Assim como os humanos têm micróbios intestinais que nos mantêm saudáveis, as plantas dependem dos micróbios nos seus tecidos para a saúde, imunidade, metabolismo e absorção de nutrientes”, disse Kostka. “Embora já saibamos há muito tempo sobre as reações que impulsionam a ciclagem de nutrientes e carbono no pântano, não há tantos dados sobre o papel dos micróbios no funcionamento do ecossistema”.
O pós-doutorado da Georgia Tech Jose Rolando (à direita) e a estudante de graduação Gabrielle Krueger preparam amostras para análise química em campo na Ilha Sapelo, Geórgia. Crédito:Instituto de Tecnologia da Geórgia
No pântano
Uma das principais formas de as plantas obterem os seus nutrientes é através da fixação de azoto, um processo no qual as bactérias convertem o azoto numa forma que as plantas podem utilizar. Nos pântanos, esse papel tem sido atribuído principalmente aos heterótrofos, ou bactérias que crescem e obtêm energia a partir do carbono orgânico. As bactérias que consomem o sulfeto da toxina vegetal são quimioautotróficas, usando a energia da oxidação do sulfeto para alimentar a absorção de dióxido de carbono e produzir seu próprio carbono orgânico para o crescimento.
“Por meio de trabalhos anteriores, sabíamos que Spartina alterniflora possui bactérias sulfurosas em suas raízes e que existem dois tipos:bactérias oxidantes de enxofre, que utilizam o sulfeto como fonte de energia, e redutoras de sulfato, que respiram sulfato e produzem sulfeto, uma toxina conhecida. para plantas", disse Rolando. "Queríamos saber mais sobre o papel que essas diferentes bactérias sulfurosas desempenham no ciclo do nitrogênio."
Kostka e Rolando dirigiram-se para a Ilha Sapelo, na Geórgia, onde realizam regularmente trabalho de campo nas salinas. Caminhando pelo pântano, com pás e baldes nas mãos, os pesquisadores e seus alunos coletaram grama junto com amostras de sedimentos lamacentos que grudam em suas raízes. De volta ao laboratório de campo, a equipe se reuniu em torno de uma bacia cheia de água do riacho e lavou cuidadosamente a grama, separando delicadamente as raízes das plantas.
Em seguida, utilizaram uma técnica especial envolvendo versões mais pesadas de elementos químicos que ocorrem na natureza como traçadores para rastrear os processos microbianos. Eles também analisaram o DNA e o RNA dos micróbios que vivem em diferentes compartimentos das plantas.
Joel Kostka, professor ilustre de Tom e Marie Patton e presidente associado de pesquisa na Escola de Ciências Biológicas. Crédito:Instituto de Tecnologia da Geórgia
Usando uma tecnologia de sequenciamento conhecida como metagenômica shotgun, eles foram capazes de recuperar o DNA de toda a comunidade microbiana e reconstruir genomas de organismos recém-descobertos. Da mesma forma, o sequenciamento de RNA não direcionado da comunidade microbiana permitiu avaliar quais espécies microbianas e funções específicas estavam ativas em estreita associação com as raízes das plantas.
Usando esta combinação de técnicas, eles descobriram que bactérias quimioautotróficas oxidantes de enxofre também estavam envolvidas na fixação de nitrogênio. Estas bactérias não só ajudaram as plantas ao desintoxicar a zona radicular, como também desempenharam um papel crucial no fornecimento de nitrogénio às plantas. Este duplo papel das bactérias na ciclagem do enxofre e na fixação do azoto destaca a sua importância nos ecossistemas costeiros e a sua contribuição para a saúde e o crescimento das plantas.
“As plantas que crescem em áreas com alto acúmulo de sulfeto tendem a ser menores e menos saudáveis”, disse Rolando. "No entanto, descobrimos que as comunidades microbianas nas raízes de Spartina ajudam a desintoxicar o sulfeto, melhorando a saúde e a resiliência das plantas."
Significância local para global
Cordgrasses não são apenas o principal ator nos pântanos da Geórgia; eles também dominam as paisagens pantanosas em todo o Sudeste, incluindo as Carolinas e a Costa do Golfo. Além disso, os pesquisadores descobriram que as mesmas bactérias estão associadas a raízes de capim-cordão, manguezais e ervas marinhas em ecossistemas costeiros de todo o planeta.
Pesquisadores lavando raízes de capim-cordão para análise microbiana. Crédito:Instituto de Tecnologia da Geórgia
“Grande parte da costa em climas tropicais e temperados é coberta por zonas húmidas costeiras”, disse Rolando. “Essas áreas provavelmente abrigam simbioses microbianas semelhantes, o que significa que essas interações impactam o funcionamento do ecossistema em escala global”.
Olhando para o futuro, os investigadores planeiam explorar ainda mais os detalhes de como as plantas dos pântanos e os micróbios trocam azoto e carbono, utilizando técnicas de microscopia de última geração, juntamente com espectrometria de massa de ultra-alta resolução, para confirmar as suas descobertas na célula única. nível.
“A ciência segue a tecnologia e estávamos entusiasmados em usar os métodos genômicos mais recentes para ver quais tipos de bactérias estavam presentes e ativas”, disse Kostka. “Ainda há muito a aprender sobre as intricadas relações entre plantas e micróbios nos ecossistemas costeiros, e estamos a começar a descobrir a extensão da complexidade microbiana que mantém os pântanos saudáveis”.
