A infecção por Xanthomonas e o estresse por ozônio influenciam distintamente a estrutura da comunidade microbiana e as interações na filosfera da pimenta

May 03, 2023

ISME Communications volume 3, Número do artigo: 24 (2023) Citar este artigo

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Embora a resposta fisiológica e transcricional do hospedeiro a estresses bióticos e abióticos tenha sido intensamente estudada, pouco se sabe sobre a resiliência dos microbiomas associados e sua contribuição para a tolerância ou resposta a esses estresses. Avaliamos o impacto do ozônio troposférico elevado (O3), individualmente e em combinação com a infecção por Xanthomonas perforans, sob condições de campo de câmara aberta no resultado geral da doença em cultivares de pimenta resistentes e suscetíveis e sua estrutura, função e rede de interação do microbioma associado ao longo da estação de crescimento. A infecção por patógenos resultou em uma estrutura e funções distintas da comunidade microbiana na cultivar suscetível, enquanto o estresse simultâneo de O3 não alterou ainda mais a estrutura e a função da comunidade. No entanto, o estresse por O3 exacerbou a severidade da doença na cultivar resistente. Essa gravidade alterada da doença foi acompanhada por maior heterogeneidade nas contagens populacionais de Xanthomonas associadas, embora nenhuma mudança significativa na densidade geral da microbiota, estrutura da comunidade microbiana e função tenha sido evidente. Redes de co-ocorrência microbiana sob estresse simultâneo de O3 e desafio de patógeno indicaram uma mudança nos táxons mais influentes e uma rede menos conectada, o que pode refletir a estabilidade alterada das interações entre os membros da comunidade. O aumento da severidade da doença na cultivar resistente pode ser explicado por essa rede de co-ocorrência microbiana alterada, indicando o escudo profilático associado ao microbioma alterado contra patógenos sob O3 elevado. Nossas descobertas demonstram que as comunidades microbianas respondem distintamente a estressores individuais e simultâneos, neste caso, estresse por O3 e infecção por patógenos, e podem desempenhar um papel significativo na previsão de como as interações planta-patógeno mudariam diante das mudanças climáticas.

A filosfera (partes acima do solo) das plantas é um habitat único, pobre em nutrientes e é habitado por vários microrganismos procarióticos e eucarióticos [1] que colonizam a superfície da folha (epífitas) ou dentro do tecido da folha (endófitos) [2, 3] . A montagem e sucessão da comunidade microbiana foliar são influenciadas por processos determinísticos e estocásticos. Embora a dispersão de plantas vizinhas e outros fatores demográficos, como identidade e idade do vizinho, sejam fatores que contribuem para a diversidade do microbioma da filosfera [4], fatores do hospedeiro da planta, como genótipo do hospedeiro, estágio de desenvolvimento [5] e resistência do hospedeiro [6] moldam a montagem do microbioma . Essa filtragem do microbioma pelo hospedeiro é observada devido à disponibilidade de recursos diferentes na superfície da folha [7], diferentes propriedades físicas [8] e sinalização de defesa do hospedeiro [9, 10].

Membros do microbioma da filosfera são conhecidos por desempenhar um papel na aquisição de nutrientes [11], crescimento e produtividade das plantas [12] e tolerância a vários estresses bióticos e abióticos [13,14,15,16,17]. A invasão de patógenos é um dos estresses bióticos mais influentes que afetam a composição microbiana da planta na filosfera [18]. Os patógenos podem modificar o habitat pela secreção de fatores de virulência, biossurfactantes ou hormônios, aumentando assim a disponibilidade de recursos para outros colonizadores residentes, incluindo oportunistas, para florescer [19, 20]. Os patógenos também podem influenciar a microflora residente por meio de competição por nicho ou recurso [1, 18, 19, 21]. A sinalização de defesa da planta ativada em resposta ao ataque de patógenos também tem sido indicada como uma fonte de alteração da comunidade da filosfera [16, 22]. Independentemente da fonte de mudança na comunidade da filosfera, acredita-se que os membros dominantes restaurem a estabilidade dessa comunidade perturbada [23]. Além disso, evidências crescentes sugerem que as plantas podem recrutar micróbios na filosfera que oferecem proteção contra patógenos [24,25,26], indicando a montagem do microbioma supressor de doenças na filosfera em resposta ao patógeno semelhante ao que foi observado na rizosfera [ 27, 28]. A estrutura e composição da comunidade microbiana da filosfera também é moldada pela resposta da planta hospedeira a estresses abióticos, como seca [29, 30], aumento na temperatura da superfície ou aquecimento [31,32,33], CO2 elevado [34] e radiação ultravioleta [ 35].