Inside Genomics: los microbios enfrentan el cambio climático

El arroz se cultiva típicamente en arrozales inundados donde la producción de metano microbios prosperar, y el cultivo de arroz es una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero. La investigadora posdoctoral Bethany Kolody y el estudiante de posgrado Jack Kim hablan sobre su proyecto en el laboratorio de la directora de microbiología de IGI, Jill Banfield: explorando el de sus genomas de microbios en campos de arroz. Si conocemos los microbios del suelo, ¿podemos intervenir por un planeta más sano? Mira el primer video en nuestro Dentro de Genómica serie y ver la transcripción a continuación. 

Obtenga más información sobre los IGI trabajo climático, obtén la primicia metagenómicay echar un vistazo dentro de la mente de Jill Banfield. 

Transcripción del video (inglés; ver más abajo para español):

Cuando miras la suciedad, es posible que no sepas que estás mirando una comunidad viva y compleja. Pero la suciedad de estas raíces de arroz contiene millones de microbios, y podrían ser la clave para detener una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero.

El arroz es un cultivo básico para más de la mitad de la población mundial. Pero la forma en que cultivamos el arroz es responsable del 12% de las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con los alimentos a nivel mundial, solo superada por la carne de res. Y las emisiones del arroz son principalmente metano, un gas de efecto invernadero que puede atrapar 25 veces más calor que el dióxido de carbono. Pero los microbios en el suelo debajo pueden ser la clave para cambiar esto.

El arroz generalmente se cultiva en arrozales que se inundan para evitar que crezcan las malas hierbas. Este control de malezas sin pesticidas tiene muchos beneficios, pero también afecta a los microbios del suelo.

Cuando los arrozales se inundan, se crea un ambiente anaeróbico, lo que significa que no hay oxígeno o hay muy poco oxígeno en los suelos, y eso permite que crezcan ciertos microbios que producen metano.

Al igual que nuestra dieta o hábitos de higiene pueden cambiar nuestra microbioma, cuando los arrozales se inundan, el microbioma del suelo cambia.

Pero, ¿qué microbios son estos exactamente? Bethany Kolody, una estudiante de postdoctorado que trabaja con la directora de microbiología de IGI, Jill Banfield, está tomando la iniciativa en un nuevo proyecto para averiguarlo.

Bethany Kolody: “La gran pregunta que estamos tratando de responder es: ¿Cuál es la genética detrás de las emisiones de metano que salen de los arrozales? Así que vamos a observar todos los microbios y sus genomas asociados con los arrozales en el transcurso de una temporada completa”.

Para conocer estos microbios, y los microbios útiles que pueden comer metano, el equipo de laboratorio de Banfield está tomando muestras de suelo aquí en la Estación Experimental de Arroz en Biggs, California. Tomarán muestras en el transcurso de una temporada de crecimiento, viendo cómo cambia la comunidad de microbios a lo largo del ciclo de vida del arroz.

El equipo está tomando núcleos de suelo a diferentes profundidades para ver cómo cambian los tipos de microbios a medida que se profundiza. están especialmente interesados ​​en los microbios alrededor de las raíces de las plantas de arroz.

Bethany Kolody: “Realmente queríamos saber qué microbios interactúan directamente con las plantas. Entonces, los microbios que están en la raíz de la planta, se llaman microbios de la rizosfera. Así que sacaríamos una sola planta, y seccionaríamos la raíz, cortaríamos la raíz y lavaríamos toda la tierra que está directamente asociada con la raíz”.

El equipo también está analizando cómo el metano del suelo se escapa a la atmósfera, ya sea desde el suelo mismo o a través de la planta, que actúa como una tubería.

En el campo, miden el escape de metano de las plantas con un instrumento llamado Picarro.

Jack Kim: “Básicamente, tenemos cámaras que contienen plantas y también cámaras de control que no contienen plantas. Y estamos comparando los dos para mostrar cuán importante es el papel de una planta al actuar como un camino para que escape el metano”.

Cuando el equipo regrese al laboratorio, usarán una técnica especial iniciada por el laboratorio de Banfield.

Bethany Kolody: “En el laboratorio de Banfield, somos realmente expertos en metagenómica. Entonces, metagnómica: probablemente conozca su genoma o el genoma humano, o tal vez haya hecho 23andMe. Tu genoma es el conjunto de todas tus ADN en tu cuerpo por un solo (SCD por sus siglas en inglés),, es lo mismo para cada celda. Y un metagenoma es cuando tomas una muestra, por ejemplo, una muestra de suelo, y simplemente secuencias el ADN de todos, todos los microbios en ese pedazo de suelo. Y luego tienes que llevarlo de vuelta a la computadora y juntar todas las piezas pequeñas como un rompecabezas y descubrir quién es quién. Pero una vez que haces eso, es una muy buena herramienta para ver qué están haciendo los microbios y qué microbios son capaces de hacer”.

El equipo está utilizando una técnica adicional para capturar una instantánea de la cual los genes se encienden a la derecha cuando recogen las plantas.

Saber quién está allí y qué está haciendo ayuda a pintar la imagen de cómo los microbios trabajan juntos para formar un ecosistema de suelo. Una vez que sepamos más sobre estas comunidades microbianas, será posible manipularlas para reducir la producción de metano.

Bethany Kolody: "Debido a que estamos trabajando con arroz, que es un alimento básico importante en todo el mundo, cualquier cosa que aprendamos de esta pequeña escala realmente podría ampliarse para lograr grandes cambios en todo el mundo".

El cultivo de arroz es un logro notable que ha alimentado a generaciones en todo el mundo y, con nuevas herramientas, podemos seguir alimentando a una población en crecimiento sin contribuir al cambio climático.

Transcripción de vídeo (English)

Cuando observas tierra, puede que no sepas que estás observando una comunidad viva y compleja. Pero la tierra de estas raices de arroz contiene millones de microbios – y puede que ellos posean la clave para detener una fuente significativa de emisiones de gases de efecto invernadero.

El arroz es un cultivo basico para mas de la mitad de la poblacion mundial. Pero la manera en que cultivamos el arroz es responsable por el 12% de las emisiones de gases de efecto invernadero relacionados a los alimentos globalmente, siguiendo sólo a la carne de res. Las emisiones del arroz son principalmente metano – un gas de efecto invernadero que puede atrapar 25 veces más calor que el dióxido de carbono. Pero los microbios en el suelo pueden que posean la clave para cambiar esto.

El arroz normalmente se cultiva en arrozales que están inundados para prevenir el crecimiento de hierbajos. Este control de hierbajos libre de pesticidas tiene muchos beneficios, pero también afecta a los microbios en el suelo.

Cuando los arrozales están inundados crean un ambiente anaeróbico, lo cual significa que no hay oxígeno o hay niveles muy bajos de oxígeno en el suelo y eso permite crecer a ciertos microbios que producen metano.

Tal como nuestra dieta o habitos de higiene pueden cambiar nuestro microbioma, cuando los arrozales se inundan, el microbioma del suelo cambia.

¿Pero qué microbios son exactamente estos? Bethany Kolody, una investigadora postdoctoral que trabaja con la directora de microbiología del IGI, Jill Banfield, está liderando un nuevo proyecto para investigar.

Bethany Kolody: “La gran pregunta que estamos intentando responder es cuál es la genética detrás de las emisiones de metano que salen de los arrozales, así que vamos a observar a todos los microbios – y sus genomas – que están asociados a los arrozales en el curso de una temporada completa.”

Para conocer estos microbios – y los microbios útiles que pueden consumir metano – el equipo del laboratorio Banfield está recolectando muestras de suelo aquí en la Estación de Experimento de Arroz en Biggs, California. Ellos tomarán muestras durante el curso de una temporada de cultivo, observando cómo la comunidad de microbios cambia durante el ciclo de vida del arroz.

El equipo está tomando muestras del núcleo del suelo a diferentes profundidades para observar cómo los tipos de microbios cambian a medida que aumenta la profundidad. ellos estan interesados especialmente en los microbios alrededor de las raíces de las plantas de arroz.

Bethany Kolody: “Nosotros realmente queríamos saber qué microbios están interactuando directamente con las plantas y los microbios que están en la raíz de la planta se llaman microbios de la rizósfera. Así que tiramos de una planta individual y dividimos la raíz, la cortamos, y eliminamos toda la tierra que está asociada directamente con la raíz.”

El equipo también está investigando cómo el metano del suelo escapa hacia la atmósfera – si es a través del suelo mismo oa través de la planta que actúa como conductor.

En el campo, ellos miden el escape de metano de las plantas con un instrumento llamado un picarro.

Jack Kim: “Básicamente tenemos cámaras que tienen a las plantas dentro y cámaras control que no tienen plantas dentro de ellas y estamos comparándolas para demostrar cuan importante es el rol de una planta en actuar como una vía para el metano escapar.”

Cuando el equipo regrese al laboratorio usarán una técnica especial iniciada por el laboratorio Banfield.

Bethany Kolody: “En el laboratorio Banfield somos expertos en metagenómico. Así que metagenómica; Tú probablemente sabes acerca de tu genoma o en genoma humano o tal vez has hecho 23andMe. Tu genoma es el conjunto de todo tu ADN en tu cuerpo para una sola célula, es el mismo para toda célula, y un metagenoma es cuando obtienes una muestra, por ejemplo una muestra de suelo y simplemente secuencias el ADN de todos, así que todos los microbios en ese pedazo de suelo. Y luego tienes que llevar de vuelta a la computadora y juntar todas las piezas como un rompecabezas y descifrar quién es quien, pero una vez hagas eso, es una muy buena herramienta para observar qué están haciendo los microbios y qué son capaces de hacer.”

El equipo está utilizando una técnica adicional para capturar una imagen de genes adecuados que están encendidos correctamente cuando recolectan las plantas.

Saber quiénes están ahí y qué están haciendo ayuda a pintar el cuadro de cómo los microbios trabajan juntos para formar un ecosistema en el suelo. Una vez que sepamos más sobre estas comunidades microbianas, puede ser posible manipularlas para reducir la emisión de metano.

Bethnay Kolody: “Como estamos trabajando con arroz, el cual es un alimento básico muy importante a través del globo, cualquier cosa que aprendamos a pequeña escala puede realmente aumentarse proporcionalmente para causar grandes cambios en todo el mundo.”

El cultivo de arroz es un logro notable que ha alimentado a generaciones alrededor del mundo y con nuevas herramientas podemos continuar alimentando una población creciente sin contribuir al cambio climático.