Modulating Drought Stress Response of Maize by a Synthetic Bacterial Community
Resumo
A percepção e as respostas das plantas aos estresses ambientais são conhecidas por englobar um complexo conjunto de mecanismos em que o microbioma está envolvido. O conhecimento sobre as respostas fisiológicas das plantas é, portanto, fundamental para a compreensão da contribuição do microbioma para a resiliência das plantas. No entanto, como o crescimento das plantas é um processo dinâmico, um grande obstáculo é encontrar ferramentas adequadas para medir efetivamente as variações temporais de diferentes parâmetros fisiológicos das plantas. Aqui, usamos uma plataforma não-invasiva de fenotipagem em tempo real em um one-to-one (planta-sensores) configurado para investigar o impacto de uma comunidade sintética abrigando bactérias benéficas à planta (SynCom) na fisiologia e resposta de três híbridos comerciais de milho ao estresse hídrico (EH). A inoculação com SynCom reduziu significativamente a perda de rendimento e modulou os traços fisiológicos vitais. As plantas inoculadas com SynCom apresentaram menor temperatura foliar, menor perda de turgor sob EH grave e uma recuperação mais rápida após a reidratação, provavelmente como resultado da modulação do fluxo de seiva e melhor uso de água. Perfil de microbioma revelou que os membros bacterianos SynCom foram capazes de colonizar plantas maduras e recrutar bactérias benéficas do solo/semente. Os dados temporais de alta resolução nos permitiram registrar respostas instantâneas das plantas às flutuações ambientais diárias, revelando assim o impacto do microbioma na modulação da fisiologia do milho, resiliência à seca e produtividade das culturas.
Abstract
Plant perception and responses to environmental stresses are known to encompass a complex set of mechanisms in which the microbiome is involved. Knowledge about plant physiological responses is therefore critical for understanding the contribution of the microbiome to plant resilience. However, as plant growth is a dynamic process, a major hurdle is to find appropriate tools to effectively measure temporal variations of different plant physiological parameters. Here, we used a non-invasive real-time phenotyping platform in a one-to-one (plant–sensors) set up to investigate the impact of a synthetic community (SynCom) harboring plant-beneficial bacteria on the physiology and response of three commercial maize hybrids to drought stress (DS). SynCom inoculation significantly reduced yield loss and modulated vital physiological traits. SynCom-inoculated plants displayed lower leaf temperature, reduced turgor loss under severe DS and a faster recovery upon rehydration, likely as a result of sap flow modulation and better water usage. Microbiome profiling revealed that SynCom bacterial members were able to robustly colonize mature plants and recruit soil/seed-borne beneficial microbes. The high-resolution temporal data allowed us to record instant plant responses to daily environmental fluctuations, thus revealing the impact of the microbiome in modulating maize physiology, resilience to drought, and crop productivity.
J. S. L. Armanhi
R. S. C. de Souza
B. B. Biazotti
J. E. d C. T. Yassitepe
P. Arruda
2021 - Frontiers in Microbiology
