Análisis de la interacción entre la bacteria promotora de crecimiento vegetal Pseudomonas sp. CDVBN 10-B y cultivos de interés agrícola

Abstract

[ES] El uso indiscriminado de fertilizantes y pesticidas químicos en los sistemas agrícolas ha provocado una degradación progresiva de la calidad del suelo, alteraciones en la estructura y funcionalidad de las comunidades microbianas, así como la contaminación de otros ecosistemas. Frente a esta problemática ambiental, las bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB) se presentan como una alternativa biotecnológica sostenible, con el potencial de mantener o incluso mejorar el rendimiento de los cultivos sin comprometer la salud del ecosistema. El potencial de las PGPB se basa en diversos mecanismos, entre los que se destacan la colonización eficiente de tejidos vegetales en uno o varios hospedadores, la capacidad de facilitar la disponibilidad de nutrientes esenciales y la modulación de los niveles hormonales en las plantas. A través de estos mecanismos, dichas bacterias pueden influir de manera determinante en procesos fisiológicos clave, tales como la modificación de la arquitectura del sistema radicular, lo que favorece la adaptación del hospedador a su entorno, potencia interacciones sinérgicas con otros microorganismos beneficiosos y promueve una mayor resistencia frente a condiciones adversas como sequía o la salinidad. Las cepas bacterianas que presentan estas características se consideran candidatas para el desarrollo de bioinoculantes, susceptibles de ser formulados, producidos a escala industrial, distribuidos y aplicados en sistemas agrícolas. No obstante, los buenos resultados de estos bioinoculantes in vitro no garantizan la efectividad del producto bajo condiciones reales. Por tanto, durante el proceso de formulación es indispensable evaluar aspectos críticos como la estabilidad del producto, su vida útil y, fundamentalmente, su eficacia bajo condiciones no controladas. En este contexto, la cepa Pseudomonas sp. CDVBN10, endófito de raíces de colza, ha demostrado tener potencial como PGPB. Análisis genómicos y bioquímicos han evidenciado su capacidad para producir sideróforos, solubilizar fosfatos, sintetizar ácido indol-3-acético (AIA), presentar actividad ACC desaminasa y formar biofilm en la superficie radicular. Ensayos funcionales adicionales confirmaron su eficacia para promover el crecimiento de colza y cultivos hortícolas como espinaca y cilantro (Jiménez-Gómez, 2020; Jiménez-Gómez et al., 2020). La cepa CDVBN10-B deriva de la cepa CDVBN10, pero cuenta con una deleción genómica de origen desconocido que fue descubierta tras finalizar la presente tesis doctoral. No obstante, nuestros estudios han demostrado que esta cepa sigue manifestando las citadas propiedades. El objetivo general de la presente tesis doctoral es profundizar en la caracterización funcional de la cepa Pseudomonas sp. CDVBN10-B como un bioinoculante de amplio espectro. Para ello, se plantea la caracterización exhaustiva de su potencial como PGPB en cultivos de interés agronómico, la evaluación de los mecanismos moleculares implicados en su interacción con la planta, la remodelación de la arquitectura radicular y la inducción de resistencia sistémica, así como el diseño de un bioinoculante efectivo para su aplicación en condiciones de campo.

[EN] The indiscriminate use of chemical fertilizers and pesticides in agricultural systems has led to progressive soil degradation, disruptions in the structure and functionality of microbial communities, and contamination of surrounding ecosystems. In response to this environmental challenge, plant growth-promoting bacteria (PGPB) have emerged as a sustainable biotechnological alternative with the potential to maintain or even enhance crop yields without compromising ecosystem health. The potential of PGPB relies on several mechanisms, including efficient colonization of plant tissues in one or more hosts, enhanced availability of essential nutrients, and modulation of plant hormone levels. Through these mechanisms, PGPB can significantly influence key physiological processes such as the modification of root system architecture, thereby improving host adaptation to environmental conditions, facilitating synergistic interactions with other beneficial microorganisms, and enhancing tolerance to abiotic stresses such as drought and salinity. Bacterial strains exhibiting these traits are considered suitable candidates for the development of bioinoculants that can be formulated, produced at an industrial scale, distributed, and applied in agricultural systems. However, successful in vitro performance does not necessarily guarantee product effectiveness under field conditions. Thus, formulation development must include the assessment of critical factors such as product stability, shelf life, and, above all, efficacy under non-controlled environments. In this context, Pseudomonas sp. CDVBN10, an endophyte isolated from rapeseed roots, has demonstrated potential as PGPB. Genomic and biochemical analyses revealed its ability to produce siderophores, solubilize phosphate, synthesize indole-3-acetic acid (IAA), exhibit ACC deaminase activity, and form biofilms on root surfaces. Additional functional assays confirmed its capacity to promote the growth of rapeseed and horticultural crops such as spinach and coriander (Jiménez-Gómez, 2020; Jiménez-Gómez et al., 2020). CDVBN10-B, a derivative of strain CDVBN10, was later found to harbor a genomic deletion of unknown origin, identified upon completion of this doctoral thesis. Nevertheless, our studies have shown that this strain retains the aforementioned properties. The overall objective of this doctoral thesis is to conduct an in-depth functional characterization of Pseudomonas sp. CDVBN10-B as a broad-spectrum bioinoculant. This includes a comprehensive evaluation of its potential as PGPB in crops of agronomic interest, investigation of the molecular mechanisms involved in its interaction with host plants, its role in remodeling root architecture and inducing systemic resistance, and the development of an effective bioinoculant suitable for field application.