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El laboratorio universitario adquiere el espectrómetro de masas SYNAPT G2-Si para descifrar la sinfonía del suelo

El Dr. David Weller es un científico que no teme ensuciarse las manos.

El Dr. Weller es Director de Investigación de la Unidad de Investigación sobre Salud, Genética y Calidad del Trigo de los Servicios de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE.UU. en la Universidad Estatal de Washington (WSU), en Pullman, Washington. Su especialidad es la patología vegetal y la investigación de vanguardia que lleva a cabo su unidad de investigación resuelve problemas en cualquier parte del país, o del mundo, que afectan a la producción de pequeños cereales, trigo y cebada.

Más cerca de casa, eso significa que es responsable de explorar las causas de las enfermedades que asolan la cosecha de trigo de la meseta de Columbia, en el noroeste de Estados Unidos, una de las regiones productoras de trigo más productivas del mundo.

"El mayor punto de apoyo para un futuro sostenible y saludable para los siete mil millones de personas del planeta está, posiblemente, inmediatamente debajo de los pies: el suelo vivo, donde cultivamos nuestros alimentos".
- Mike Amaranthus en The Atlantic1

Los científicos especializados en plantas saben que cualquier muestra de suelo contiene más de 30.000 microbios taxonómicos2, la mayoría de los cuales eran desconocidos para la ciencia hasta hace muy poco. Menos conocidos aún son los cientos de miles de pequeños compuestos, o metabolitos, que habitan en la rizosfera, el microhábitat que rodea a las raíces de las plantas y en el que la composición física, química y biológica del suelo está influenciada por la planta. Algunas de estas moléculas del suelo son antibióticos naturales producidos por las bacterias del suelo que suprimen los patógenos que destruyen las raíces. Desde entonces, estas bacterias se han convertido en objeto de intenso interés como medio práctico de control de enfermedades.

Para explorar mejor los misterios de la rizosfera, el Dr. Weller invirtió en un sistema UPLC ACQUITY H-Class y en un espectrómetro de masas SYNAPT G2-Si con una subvención del Departamento de Agricultura de Estados Unidos.

"Este nuevo espectrómetro de masas nos ayuda a comprender la sinfonía química que tiene lugar en las raíces y en la zona radicular", dijo Weller.

Para celebrar la adquisición del sistema LC-MS, la WSU y el USDA organizan conjuntamente un Simposio de Metabolómica Vegetal de medio día y una visita al laboratorio el martes 21 de marzo.

"Las bacterias nativas son la primera y más poderosa barrera para evitar el establecimiento de patógenos. Una comunidad diversa es especialmente importante para mantener alejados a los patógenos; esto es cierto en el intestino humano y en el suelo".
- Alexandre Jousset, Universidad Georg-August2

Desvelando el misterio del declive de la demanda

La LC-MS no es nueva para el Laboratorio de Patología Vegetal de la WSU. Su espectrómetro de masas Micromass QTof II, un espectrómetro de masas cuadrupolar de tiempo de vuelo que el laboratorio adquirió a principios de los años 90, sigue funcionando como si fuera nuevo gracias al científico principal Bob Bonsall, bioquímico del Departamento de Patología Vegetal y colaborador clave en la ciencia del suelo.

Las investigaciones de Bonsall contribuyeron a demostrar por primera vez que los antibióticos son producidos por microbios beneficiosos en las raíces y que estos antibióticos suprimen los hongos patógenos de las raíces en el suelo3. Este punto había sido debatido durante más de 60 años en la literatura hasta que se aportaron pruebas inequívocas tanto genéticas como mediante el aislamiento directo del ácido fenazina-1-carbolílico por parte de Bonsall.

Más tarde, Bonsall contribuyó a la investigación que demostró que la supresión natural de la enfermedad del trigo, conocida como "take-all decline" (la enfermedad de las raíces más importante del trigo en todo el mundo), era el resultado de las bacterias colonizadoras de las raíces que producen el antibiótico 2,4-diacetilcloroglucinol (DAPG).

"Los biólogos de plantas sólo están empezando a rascar la superficie de las formas, a menudo sorprendentes, en que la microbiota del suelo afecta a las plantas..."
- Amy Coombs en The Scientist2

"La metabolómica puede darnos una visión global de los acontecimientos bioquímicos relacionados con el trigo", dijo Bonsall. "La función de movilidad iónica del SYNAPT, en combinación con el software Progenesis, nos permitirá por primera vez examinar rápidamente miles de metabolitos en el metaboloma del trigo e identificar biomarcadores clave que predigan un alto potencial de rendimiento, resistencia a las enfermedades y al estrés, y/o una alta calidad de uso final en los cultivares de trigo", dijo Bonsall.

Lo que los científicos de la WSU están aprendiendo sobre el microbioma del suelo en el estado de Washington ha contribuido de forma significativa a lo que sabemos sobre el cultivo no sólo del trigo, sino de las raíces en todo el mundo.

"Todos los fitopatólogos compartimos el interés y la pasión por el uso de microorganismos beneficiosos para mejorar el crecimiento de las plantas y solucionar el hambre en el mundo", dijo Weller.

Una colaboración entre el mundo académico y la industria

"Waters siempre nos ha ayudado mucho, ya sea en la formación, en la experiencia de las aplicaciones, en la interpretación de los datos o en el mantenimiento preventivo", dijo Bonsall. "Trabajando con Waters, hemos podido aplicar la espectrometría de masas de forma única y desvelar algunos de los secretos del metaboloma del suelo. Ha sido una verdadera colaboración en todos los sentidos".

Uno de los más cercanos a la investigación de la WSU en materia de ciencia vegetal es el Dr. Ken Rosnack, espectrómetro de masas y principal director de desarrollo empresarial de Waters Corporation.

"Que yo sepa, es la primera vez que se aplica la movilidad iónica a este ámbito de la investigación de biomarcadores", dijo Rosnack. La movilidad iónica es una característica del sistema SYNAPT que distingue las moléculas en función de su tamaño, carga iónica y forma. "Es bueno ver que la WSU aplica esta tecnología para sondear el metaboloma del suelo y avanzar en nuestra comprensión de la microbiología de la rizosfera y la patología de las plantas".

Más allá de la investigación en metabómica del suelo, el Dr. Weller ve otras posibilidades para el nuevo espectrómetro de masas del laboratorio.

"Ahora que el SYNAPT está en marcha, veo una tecnología totalmente nueva que podría ayudar potencialmente a los genetistas a predecir qué líneas de trigo son susceptibles de reducir su calidad basándose en los biomarcadores del grano".

Recursos adicionales:

1. Healthy Soil Microbes, Healthy People, The Atlantic, junio de 2013.
2. Fighting Microbes With Microbes, The Scientist, 2013 Jan.
3. Papel de las Pseudomonas spp. productoras de 2,4-Dietilfloroglucinol en la defensa de las raíces de las plantas, Plant biol (Stuttg) 2007; 9(1): 4-20 DOI: 10.1055/s-2006-924473