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La cepa bacteriana Xanthomonas oryzae pv.oryzae (Xoo), que causa la infección por el tizón bacteriano de la hoja (BLB), tiene un impacto significativo en el rendimiento del arroz. Las técnicas asistidas por nano han ganado popularidad recientemente como un marco a largo plazo para mejorar la nutrición de las plantas e inhibir las enfermedades de las plantas.
Estudio: El nanocompuesto de quitosano y hierro creado mediante bioingeniería combate el tizón bacteriano de la hoja al modular la respuesta de defensa de la planta y el estado nutricional en el arroz (Oryza sativa L.). Crédito: pran/Shutterstock.com
La preparación y caracterización de nanocompuestos de quitosano-hierro (BNC) creados mediante bioingeniería como agente antibacteriano para tratar la pudrición bacteriana de las hojas en los cultivos de arroz es el tema de un nuevo estudio publicado en la revista Nano Today.
METROInfecciones microbianas: una amenaza importante para los cultivos de arroz
El arroz es un cultivo alimentario importante en todo el mundo. Se espera que la población mundial aumente de 7 000 millones a 9 000 millones para 2050, lo que subraya la necesidad de aumentar la producción de arroz para garantizar la sostenibilidad alimentaria mundial.
Sin embargo, los rendimientos del arroz se ven amenazados por una variedad de factores estresantes bióticos, incluidas las enfermedades microbianas, los insectos depredadores y las malas hierbas. el germen Xanthomonas oryzae p.v. orizas (Xoo) causa el tizón bacteriano de la hoja (BLB) y es una de las infecciones más perjudiciales que limitan la producción de arroz en los países del sur de Asia.
Las soluciones tradicionales de control de BLB incluyen antibióticos y medicamentos químicos que son costosos, dañinos para la salud pública y el medio ambiente, y pueden conducir a la resiliencia de patógenos. Además, la generación de genotipos de arroz resistentes a BLB a través de mejoramiento tradicional o modificación genética es difícil y requiere mucho tiempo.
Como resultado, se necesitan urgentemente nuevas técnicas de manejo de enfermedades BLB para aumentar el rendimiento del arroz y reducir la inseguridad alimentaria.
Agroquímicos nanoactivados para el manejo de enfermedades de cultivos
Los agroquímicos nanoactivados están ganando popularidad para futuras aplicaciones de protección de cultivos como alternativas a largo plazo a los métodos tradicionales de control de plagas.
Según varios estudios, los nanocompuestos mejoran la resistencia de las plantas a las enfermedades al mejorar el desarrollo de las plantas, las respuestas fisiológicas, la eficiencia fotosintética, el contenido de nutrientes y la composición hormonal. La aplicación controlada de micronutrientes a nanoescala puede aumentar la productividad agrícola al alterar la salud de las plantas y controlar los patógenos.
Muchos investigadores se han centrado recientemente en la adición de nanopartículas a matrices de biopolímeros para crear nanocompuestos con propiedades novedosas que pueden modificarse para regular la liberación de analitos.
Nuevos nanocompuestos de quitosano-hierro (BNC) creados mediante bioingeniería
El quitosano es un biopolímero con propiedades distintivas como no toxicidad, buena biocompatibilidad, inmunogenicidad y capacidad antibacteriana. El quitosano puede mejorar directamente el desarrollo de las plantas a través de la actividad antibacteriana y la resistencia sistémica a través del canal octadecanoide.
Además, el quitosano se puede utilizar como matriz portadora de nanocompuestos metálicos, lo que da como resultado una mejor estabilidad fisicoquímica, distribución específica de micronutrientes, citocompatibilidad y buenas actividades antimicrobianas.
Aunque se ha explorado la fabricación de nanomateriales de ingeniería (ENM) a base de quitosano para una variedad de aplicaciones, el estudio actual presenta un proceso de fabricación respetuoso con el medio ambiente para la fabricación de nanocompuestos de quitosano-hierro (BNC) creados mediante bioingeniería utilizando la cepa bacteriana Bacilo aryabhattai RNT7.
Además, esta es la primera descripción de in vitro y en vivo Análisis de la eficacia bactericida de nanocompositos bioingeniería contra Xoo. En la investigación, se utilizó una técnica de secuenciación de amplicón de alto rendimiento para estudiar la influencia de los nanocompuestos creados mediante bioingeniería en el contenido microbiano endófito de plantas de arroz sanas y dañadas.
Desarrollos clave del estudio
Los resultados demuestran que el tratamiento foliar con nanocompuestos de bioingeniería suprime significativamente la enfermedad de BLB a través de varios procesos que incluyen el control de las funciones celulares, la modulación de la absorción de nutrientes y la activación de genes de defensa.
El análisis ultraestructural reveló que los nanocompuestos de bioingeniería reducen considerablemente el estrés inducido por BLB al limitar el crecimiento de la infección por Xoo. La transcripción de genes relacionados con la patogenia aumentó en las plantas de arroz infectadas con Xoo después de la administración de BNC, lo que demuestra el efecto beneficioso de los nanocompuestos creados mediante bioingeniería en las plantas de arroz.
Los resultados de la secuenciación de alto rendimiento mostraron que la exposición de las plantas de arroz a nanocompuestos creados mediante bioingeniería redujo en gran medida la frecuencia de la infección por Xoo. También se mantuvo una composición favorable de la comunidad bacteriana endofítica en los cultivos de arroz.
perspectiva del futuro
La investigación de los procesos fundamentales del manejo microbiológico de la comunidad de plantas mediada por BNC es un problema futuro intrigante que contribuirá a nuestro conocimiento de las estrategias apropiadas para desarrollar las comunidades bacterianas deseadas mientras se previenen los efectos de los patógenos de las plantas.
Los resultados actuales muestran que rociar las hojas con nanocompuestos de bioingeniería tiene resultados prometedores como una nueva técnica para combatir las enfermedades de BLB. Este estudio también proporciona un marco molecular para evaluar el impacto de los nanocompuestos creados mediante bioingeniería en las poblaciones microbianas endófitas del arroz como parte de la agricultura ecológica habilitada con nanotecnología.
Relación
Ahmed, T. et al. (2022). El nanocompuesto de quitosano y hierro creado mediante bioingeniería combate la enfermedad del tizón bacteriano de la hoja al modular la respuesta de defensa de la planta y el estado nutricional del arroz (Oryza sativa L.). nano hoy. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S174801322200175X?via%3Dihub
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