Efecto de los niveles de hierro en la virulencia de Pseudomonas chlororaphis durante la interacción con Arabidopsis thaliana bajo condiciones diferenciales de sacarosa

Abstract

Pseudomonas chlororaphis is a rhizobacterium traditionally classified as a plant growth–promoting species due to its ability to produce phytohormones, siderophores, and antimicrobial metabolites. However, recent studies have shown that under certain nutrient conditions, this species can exhibit virulencelike behavior, negatively affecting Arabidopsis development in vitro. In this study, we evaluated the effect of iron, in combination with contrasting sucrose levels, on the interaction between P. chlororaphis and Arabidopsis thaliana. Our experiments demonstrated that under 0.6% sucrose, P. chlororaphis behaves as a pathogen, inhibiting shoot development and suppressing lateral root formation. This effect persisted regardless of iron availability, although excess iron further exacerbated the reduction in lateral branching. In contrast, at 2.4% sucrose the bacterium promoted lateral root formation and supported shoot growth comparable to that of non-inoculated plants; however, this growth promotion disappeared when iron availability in the medium was reduced, as well as when high iron concentrations were supplied, conditions under which the bacterium displayed a virulent phenotype. We also determined that plant hormone responses are differentially inhibited during these interactions, consistent with the production of distinct bacterial virulence factors depending on iron and sucrose conditions. Altogether, our results demonstrate that the virulence of P. chlororaphis is not a fixed trait but rather a dynamic phenotype regulated by nutrient availability. In this context, the behavior of P. chlororaphis can shift between a growth-promoting and a pathogenic state depending on iron and sucrose concentrations. This finding highlights the need to carefully evaluate the environmental conditions under which bacterial bioinoculants are applied, as well as to consider their metabolic plasticity to ensure their safe use in agricultural systems.

Pseudomonas chlororaphis es una rizobacteria tradicionalmente clasificada como promotora del crecimiento vegetal debido a su capacidad para producir fitohormonas, sideróforos y metabolitos antimicrobianos. Sin embargo, estudios recientes han demostrado que, bajo ciertas condiciones nutrimentales, esta especie puede afectar el desarrollo de Arabidopsis en su interacción in vitro. En este trabajo se evaluó el efecto de la disponibilidad de hierro y sacarosa, sobre la interacción entre P. chlororaphis y Arabidopsis thaliana. Los resultados demostraron que, en medio suplementado con 0.6% de sacarosa, P. chlororaphis actúa como un patógeno, inhibiendo el desarrollo del follaje y suprimiendo la formación de raíces laterales. Este efecto se mantuvo independientemente de la disponibilidad de hierro, aunque el exceso de este micronutriente exacerbó la reducción de la ramificación radical. En contraste, en una mayor concentración de sacarosa (2.4%), la bacteria promovió la formación de raíces laterales y un crecimiento foliar comparable al de plantas no inoculadas; sin embargo, esta promoción desapareció cuando se disminuyó la disponibilidad de hierro en el medio, así como cuando fue suplementado con altas concentraciones de hierro, condición en la cual se indujo un comportamiento virulento en la bacteria. Se determinó también que las respuestas hormonales de la planta se inhiben de manera diferencial durante las interacciones en concordancia con la producción de diferentes factores de virulencia dependiendo de las concentraciones de hierro y sacarosa. En conjunto, nuestros resultados indican que la virulencia de P. chlororaphis no es un rasgo fijo, sino un fenotipo dinámico regulado por la disponibilidad de nutrientes, que puede oscilar entre un promotor del crecimiento a uno patogénico, dependiendo de las concentraciones de hierro y de sacarosa. Estos hallazgos resaltan la necesidad de evaluar cuidadosamente las condiciones ambientales en las que se aplican bioinoculantes bacterianos, así como de considerar su plasticidad metabólica para garantizar su uso seguro en sistemas agrícolas.