The microbial community living within the rust fungus Uromyces hawksworthii assessed through metagenome analysis

Los hongos de la roya se encuentran entre los patógenos vegetales más exitosos de la Tierra, infectando tanto cultivos como plantas silvestres con un complejo ciclo de vida que a menudo requiere dos plantas huéspedes diferentes para completarse. Estos hongos producen varios tipos distintos de esporas en diferentes etapas de su desarrollo, incluyendo los eciosporas y los teliosporas, que sirven como el vehículo para propagar la enfermedad. Durante décadas, los científicos han sabido que estas esporas no son estériles; a menudo albergan una comunidad oculta de otros microorganismos, incluyendo bacterias y hongos, que viven sobre ellas o dentro de ellas. Algunos de estos vecinos son hiperparásitos, organismos que se alimentan del propio hongo de la roya. Comprender exactamente quién vive dentro de estas esporas y cómo sus comunidades cambian a medida que la roya madura podría revelar nuevas formas de gestionar estas destructivas enfermedades vegetales, potencialmente fomentando que los enemigos naturales de la roya realicen el trabajo de control.

En un estudio reciente, los investigadores se propusieron mapear este mundo invisible dentro del hongo de la roya Uromyces hawksworthii, una especie que infecta plantas de la familia de los muérdagos. El equipo se centró en dos etapas específicas de la vida de la roya: el ecio, que produce esciosporas, y el telio, que produce teliosporas. Si bien estas dos etapas habían sido distinguidas previamente solo por su apariencia física bajo un microscopio, los investigadores sospechaban que las comunidades microbianas que viven dentro de ellas podrían ser fundamentalmente diferentes. Para averiguarlo, recolectaron esporas de hojas infectadas en Brasil y utilizaron una poderosa técnica de secuenciación genética para leer el ADN de cada bacteria y hongo presente en las muestras. Este enfoque permitió identificar los tipos específicos de microbios sin necesidad de cultivarlos en un laboratorio, proporcionando un censo exhaustivo de los residentes microbianos.

El análisis reveló que, si bien algunos grupos de bacterias y hongos eran comunes a ambas etapas de la roya, la composición general de estas comunidades cambió drásticamente a medida que la roya maduraba. En la etapa temprana del ecio, la comunidad bacteriana estaba dominada por dos grupos principales, Proteobacteria y Actinobacteria, y mostraba una mayor variedad de diferentes tipos de bacterias. Sin embargo, a medida que la roya progresaba hacia la etapa del telio, el paisaje bacteriano cambió, volviéndose mucho más prominentes las Firmicutes y las Cyanobacteria. Los residentes fúngicos mostraron un patrón de cambio similar. Mientras que ciertas clases de hongos estaban presentes en ambas etapas, la fase del telio albergó un número significativamente mayor de diferentes tipos de hongos, incluyendo grupos como Exobasidiomycetes y Pucciniomycetes, que eran mucho menos comunes en la fase anterior del ecio.

Estos hallazgos sugieren que la comunidad microbiana dentro de una espora de la roya no es estática, sino que evoluciona junto con el propio hongo. Los investigadores encontraron que las diferencias en estas poblaciones microbianas eran tan distintas que podían usarse para distinguir las etapas de ecio y telio, incluso observando únicamente los datos genéticos. Esta distinción es crucial porque implica que el entorno dentro de la espora cambia de maneras que favorecen a diferentes tipos de hiperparásitos en distintos momentos. Por ejemplo, la mayor diversidad de bacterias en la fase del ecio y la mayor diversidad de hongos en la fase del telio podrían indicar que estas etapas son más susceptibles a la infección por microbios específicos en esos momentos, o que proporcionan recursos más ricos para ellos. Al comprender estos cambios microbianos específicos, los científicos podrían eventualmente ser capaces de identificar qué enemigos naturales son más efectivos al atacar a los hongos de la roya en puntos específicos de su ciclo de vida, ofreciendo un enfoque más dirigido para el control biológico.

El estudio también confirmó que las estructuras físicas de las esporas, tales como sus poros de germinación y paredes protectoras, juegan un papel en cómo se ensamblan estas comunidades. Los investigadores notaron que los hongos hiperparásitos a menudo entran a través de estas aperturas específicas, y la naturaleza cambiante de la pared de la espora y su contenido químico a medida que la roya se desarrolla probablemente influye en qué microbios pueden sobrevivir y prosperar. Si bien el artículo no afirma haber resuelto el problema de las enfermedades de la roya, proporciona una imagen clara y basada en datos de cómo está estructurado el mundo microbiano dentro de estas esporas. Los resultados indican que las fases de ecio y telio no son solo morfológicamente diferentes, sino que son entornos ecológicamente distintos, cada uno de los cuales sostiene una comunidad única de bacterias y hongos que podría aprovecharse para proteger los cultivos y los ecosistemas naturales de estos persistentes patógenos.