Análisis de la variación del metaboloma de las hojas de Medicago truncatula asociada a la inoculación foliar con Arthrobacter agilis UMCV2

Abstract

Endophytes are microorganisms that reside in the interior of the tissues’ host plant in a commensal or beneficial manner. Endophytes play a very important role in the stimulation of plant growth and defense in their host plants, so they are very useful in sustainable agriculture. For this reason, there is great interest to study how plants recruit endophytes and regulate the colonization. Arthrobacter agilis UMCV2 is a rhizosphere and endophytic bacteria that reduce iron and promote the growth of the legume Medicago truncatula. In this work, we analyzed the metabolic profiling from the leaves (m1, m2 and m3) of M. truncatula plants and also we investigated if there are metabolites associated with the foliar colonization of A. agilis. The chemical analysis were performed by direct liquid introduction-electrospray ionization (DLI-ESI) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The metabolic profiles from the trifoliate leaves m2 and m3 were different from those obtained in the unifoliate leaf m1. With data mining models, we identified 30 ions that discriminate m1 from m2 and m3 leaves. These ions were indole-3-acetaldehyde, isocorismate, as well as to different phospholipids and triterpenes. The bacterial quantification estimated by qPCR and the analysis obtained by confocal microscopy, indicated that the m1 leaves had the highest bacterial colonization, and interestingly during the interaction, the total sugar content was increased, which reinforce the role of carbohydrates in the establishment of symbiosis. Differences found in the biochemical profile from m1, m2, and m3 leaves with a specific leaf stage development might account the preference of UMCV2 for internalization and colonization.

Los endófitos son microorganismos que residen en el interior de los tejidos de la planta huésped de forma comensal o benéfica. Los endófitos juegan un papel muy importante en la estimulación del crecimiento vegetal y la defensa de sus plantas hospederas por lo que poseen un gran valor en la agricultura sustentable. Debido a lo anterior, existe un gran interés en estudiar cómo las plantas reclutan a los endófitos y regulan su colonización. Arthrobacter agilis UMCV2 es una rizobacteria de hábito endófito que reduce hierro y promueve el crecimiento de la leguminosa Medicago truncatula. En este trabajo analizamos el perfil metabólico de las hojas en diferentes metámeros (m1, m2 y m3) de plantas de M. truncatula e investigamos si estos metabolitos están asociados con la colonización de la hoja por A. agilis después de su aplicación foliar. Los análisis químicos se realizaron mediante espectrometría de masas por introducción directa de líquidos con ionización por electroespray (DLI-ESI) y cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS). Los perfiles metabólicos de las hojas trifoliadas m2 y m3 fueron diferentes al de la hoja unifoliada m1. Empleando modelos de minería de datos, se lograron identificar 30 iones que mejor discriminan las hojas m1 de m2 y m3. Los iones correspondieron al indol-3-acetaldehído, isocorismato, así como a diferentes fosfolípidos y triterpenos. La cuantificación bacteriana estimada por qPCR y el análisis obtenido por microscopía confocal, indicaron que las hojas m1 mostraron la mayor colonización bacteriana, e interesantemente durante la interacción se incrementó el contenido de azúcares totales, lo que refuerza la importancia de los carbohidratos en el establecimiento de la simbiosis. Las diferencias en el perfil bioquímico y la etapa de desarrollo de las hojas probablemente den cuenta de la preferencia de la bacteria durante la colonización.