Differences in soil zinc availability as a driver of natural selection in Arabidopsis thaliana and rhizosphere bacteria

El creixement de la poblacio crea la necessitat de millorar els sols problematics per usos agricoles. El Zinc es un micronutrient essencial, mentre que en exces inhibeix el creixement. La transformacio per microorganismes de formes no disponibles a disponibles de Zn, contribueix a millorar la nutricio i promoure el creixement de plantes en sols deficients en Zn. La mobilitzacio de Zn en sols contaminats pot ser necessaria per millorar la fitoextraccio en remediacio de sols. Els objectius d'aquesta tesis, son caracteritzar un sol de Zn com a factor de la seleccio natural en la planta model Arabidopsis thaliana, i en bacteris rizosferics. Entendre el complex planta-bacteri-sol com una sola entitat interrelacionada amb el proposti d'obtenir informacion util per futures aplicacions en el produccio de cultius sostenibles i en fitorremediacio. Aquesta tesis es divideix en tres capitols: 1) resposta de poblacions de A. thaliana a substrats amb diferent disponibilitat de Zn, 2) caracteritzacio de bacteris del sol i rizosferics, capacos de promoure el creixement de plantes i mobilitzar Zn, Fe i P, 3) genome wide association analysis en 360 poblacions naturals d'una col·leccio de A. thaliana per a la identificacio de SNPs relacionats amb el creixement de la roseta i nutricio, d'un sol contaminat provinent d'una mina de Zn. Es va explorar la variabilitat natural de disponibilitat de Zn de sol situats al nord-est de Catalunya, i es va relacionar amb l'acumulacio de Zn en A. thaliana d'aquests habitats. Els experiments en cultius de sols i hidroponics van demostrar que les plantes es van adaptar localment a aquestes diferents condicions del sol. L'analisi de RT-qPCR va revelar una expressio mes alta de gens implicats en el transport de Zn en LLAM, el deme d'un lloc amb sol relativament alt de Zn i nivells de carbonat. L'adaptacio natural a sols carbonats era hereditaria, tal com es revela a la generacio F1 obtinguda mitjancant l'encreuament de LLAM, varietat mes tolerant, amb T6, varietat mes sensible a carbonats. Una col·leccio de Hapmap de 360 ​​ poblacions de A. thaliana va revelar grans diferencies en la tolerancia a Zn i Pb en el sol de la mina, mostrant grans diferencies en la supervivencia, el creixement i la ionometria de les fulles. El GWAs va revelar que les variacions ionomiques foliars dels supervivents tolerants a metalls, estaven relacionades amb SNPs associats amb gens de resistencia a patogens. Aixo coincideix amb l'important paper de l'homeostasi del Zn i el Fe en la defensa dels patogens vegetals. El sol ric en Zn es un motor per a la seleccio natural tambe en bacteris de sol i rizosfera. La majoria de bacteris tolerants a Zn es van trobar en el sol de la mina contaminada per Zn. En el rizopla del deme de A. thaliana CALA, va ser l'unic lloc no contaminat on es van trobar bacteris tolerants a Zn. Els millors candidats per la seva futura aplicacion en base a la tolerancia a Zn i Cd, la capacitat de mobilitzacio de Zn i P i la produccio de fitosterofors i I18, van ser: Pseudomonas fluorescens (soca uab9) amb excel·lent tolerancia i mobilitzacio de Zn, P. antarctica (uab7) que combina tolerancia a Zn amb excel·lents mobilizacio de P, tolarancia al Cd i produccion de I18, i Serratia marcescens (uab10) amb tolarancia al Zn i Cd, combinades amb la maxima produccio de I18. P. rhodesiae (uab 4/5) i S. marcescens (uab1) son excel·lents candidats per a la promocio del creixement vegetal i la millora de la disponibilitat de Fe i Zn a les plantes, de cultiu en sols carbonats. Tots dos sent bons productors de siderofors, capacos de solubilitzar Zn i P i produir I18. En conclusio, la variacio natural de Zn i carbonat en sol, fins i tot dins d'una petit rang, condueix a l'adaptacio local de plantes de A. thaliana. El sol de la mina amb elevat contingut de metalls, es la millor font de bacteris tolerants a Zn capac de solubilitzar-lo. Tanmateix, les plantes poden influir en la presencia de bacteris de rizosfera. Plantes amb una alta eficiencia d'absorcio de Zn, com CALA, poden afavorir l'establiment de bacteris tolerants a Zn en el rizopla. Treballs futurs, exploraran la possible aplicacio d'aquests resultats tant a la produccio sostenible de cultius sobre el sol deficient de Zn, com a la fitoextraccio de Zn en sols contaminats.