Proyectos de Investigación

en Ejecución

Proyecto Fondecyt Regular Nº 1211857 “Synergistic effects between extremophilic root-associated fungi. An innovative study of rhizosphere fungal communities to improve plant performance under combined drought and metal(loid)s stress”.

Años: 2021-2025
Investigador Responsable: Dr. César Arriagada Escamilla

Proyecto Mujeres en Ciencia DIM21003 “Contribución y eficiencia de endófitos septados oscuros como agentes de tolerancia al estrés combinado por sequía y aluminio en un suelo Andisol. Uso de Triticum aestivum como planta modelo”.

Años: 2021-2023
Investigadora Responsable: Dra. Javiera Soto Perlwitz
Co-Investigador: Dr. César Arriagada Escamilla

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Proyecto Fondecyt Regular Nº 1191816 "Modelling mixed-species forests: accounting for ecological and climatic drivers in forest growth"

Años: 2019-2023
Investigador Responsable: Dr. Christian Salas Eljatib
Co-investigador: Dr. César Arriagada Escamilla

Proyecto Fondecyt Postdoctorado N° 3210501 "Contribución de moléculas señales tipo N -Acil-Homoserina lactonas sobre la tolerancia y promoción del crecimiento de plantas nativas establecidas en suelos con elevadas concentraciones de metales y metaloides".

Años: 2021 - 2024
Investigador Responsable: Dr. Javier Ortiz Leiva

 

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PROYECTOS FINALIZADOS

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La sequía y la contaminación por metales (loid) son actualmente problemas ambientales graves que afectan el establecimiento de plantas y la productividad de los cultivos en todo el mundo. Ambos estreses abióticos tienen relación directa con la intervención antropogénica y la sobreexplotación de los recursos naturales. Las plantas son uno de los organismos vivos más afectados tanto por las alteraciones climáticas como por la contaminación de la solución del suelo. Estas condiciones ambientales estresadas no son nuevas en los ecosistemas nativos y varias plantas y microorganismos han desarrollado mecanismos de adaptación genéticamente evolucionados para crecer en ambientes dañinos como las laderas de gran altitud en los Andes o el desierto de Atacama. Aquí, las plantas también pueden establecer simbiosis específicas con microorganismos que viven en la rizosfera como una forma de mejorar su crecimiento y desarrollo. Algunos de estos taxones microbianos pueden prosperar en condiciones ambientales extremas como salinidad, alta temperatura superficial del suelo, suelos ácidos, altas cantidades de metales y largas temporadas de sequía. Estos microorganismos se conocen comúnmente como extremófilos y representan una oportunidad interesante para mejorar el rendimiento de las plantas en el escenario actual de cambio climático. Se aislarán hongos extremos asociados a las raíces de Gaultheria caespitosa (Ericaceae) y Prosopis tamarugo (Fabaceae), y sus capacidades de promoción del crecimiento de las plantas se abordarán en Quillaja saponaria (Quillajaceae) y Vaccinium corymbosum (Ericaceae). Los efectos sinérgicos de inocular algunos aislados seleccionados se estudiarán a nivel molecular, identificando efectos específicos de fisiología, expresión génica y cambios en el microbioma total y activo de plantas que crecen bajo estrés combinado de sequía y metales pesados. De acuerdo con la información anterior, el objetivo general de la propuesta será “Investigar el efecto sinérgico de bioinoculantes fungicos de ambientes extremos asociados a las raíces incrementan el crecimiento de las plantas y la tolerancia a sequía y estrés por metales de forma combinada”.

Entre los resultados esperados se encuentran: (i) Caracterizar la composición y diversidad de las comunidades fúngicas de la rizosfera de plantas nativas que crecen en ambientes multiestrés, (ii) Producir un bioinoculante encapsulado con hongos seleccionados y determinar el efecto sobre la respuesta de la planta al estrés, (iii) Incrementar la tolerancia a la sequía y los metales, en plantas de interés agrícola y para la restauración de ambientes degradados, contribuyendo así con una herramienta biotecnológica sustentable y de bajo costo.

En las regiones del sur de Chile, las condiciones de estrés abiótico por altas concentraciones de aluminio naturales en los suelos y el hecho de que las temporadas de sequía más largas se están haciendo cada vez más frecuentes, es que la utilización de endófitos septados oscuros como estrategia de inoculación podría disminuir los efectos adversos asociados a estas condiciones y aumentar el rendimiento de los cultivos, ya que cada vez más investigaciones muestran el uso combinado de plantas y microorganismos asociados a las raíces son beneficiosos, y generar conocimientos para ser aplicados en el mejoramiento del rendimiento de los cultivos.

Es por esto que se plantea el siguiente objetivo general: Investigar el efecto inductor de tolerancia y de promoción del crecimiento vegetal de endófitos septados oscuros bajo condiciones de sequía y altas concentraciones de aluminio en plantas de trigo. 

Los resultados que se esperan son: encontrar hongos endófitos septados oscuros con capacidad promotora del crecimiento vegetal y tolerantes al estrés hídrico y al Al y, comprender mecanismos moleculares por los cuales estos hongos le confieren tolerancia a plantas de trigo bajo la combinación de sequía y alta disponibilidad de aluminio. De esta manera, los resultados contribuirán en el conocimiento para disminuir los efectos adversos asociados a estas condiciones, con un consecuente potencial aumento en el rendimiento de los cultivos.

La mayoría de los bosques naturales del mundo son mixtos y de especies diversas. Los bosques son los principales biomas terrestres, proporcionan muchos servicios ecosistémicos y tienen un impacto en los procesos a nivel mundial. Aunque la mayor parte de la diversidad de la vegetación de los ecosistemas forestales se encuentra en el sotobosque, la capa de árboles da forma a la estructura y los procesos en los ecosistemas forestales desde el suelo hasta el dosel. A pesar de las habituales mezclas de especies y la desigualdad de edad en los bosques naturales, desde una perspectiva científica, la mayor parte de nuestro conocimiento sobre los ecosistemas forestales se basa principalmente en bosques puros y dominados por edades uniformes. Por ejemplo, la teoría de la dinámica forestal se basa en gran medida en el desarrollo de rodales puros durante las primeras etapas de la sucesión. Además, este conocimiento se ha construido principalmente para los ecosistemas del hemisferio norte, pero queda mucha investigación fundamental por realizar en los ecosistemas forestales del hemisferio sur.

Los modelos de crecimiento, un sistema de ecuaciones matemáticas y estadísticas que imitan el crecimiento de los bosques, son importantes tanto para la comprensión de la dinámica forestal como para la ordenación forestal sostenible. Nuestro objetivo es modelar los bosques de especies mixtas del centro-sur de Chile, teniendo en cuenta sus principales impulsores ecológicos y climáticos en el crecimiento forestal. Mediremos el crecimiento, la mortalidad y el reclutamiento a nivel de árboles y rodales en parcelas de muestras permanentes establecidas en bosques secundarios dominados por Nothofagus en el centro-sur de Chile. En cada parcela, mediremos variables que representan: estructura del bosque, diversidad de la vegetación, características del suelo, condiciones bioclimáticas y variables ecofisiológicas para el uso del agua y la fotosíntesis. Nuestra estrategia de modelado se basará en el uso de ecuaciones diferenciales de variables de estado para construir un sistema de modelo de crecimiento forestal que se evaluará en un marco de sistema dinámico. La naturaleza jerárquica de los procesos de crecimiento forestal se tendrá en cuenta mediante el ajuste de modelos no lineales de efectos mixtos para fines de estimación de parámetros, así como para probar hipótesis. Esta propuesta hará contribuciones novedosas a la comprensión actual del crecimiento forestal de especies mixtas al revelar los principales impulsores subyacentes que rigen su crecimiento.

La contaminación de la biosfera por agentes de origen antropogénico como los metales y metaloides se ha incrementado progresivamente. Estos contaminantes ingresan al ecosistema principalmente por la disposición inadecuada de los residuos generados a partir de actividades industriales y mineras. En Chile, los suelos del Valle de Puchuncaví han sido afectados por las emisiones atmosféricas derivadas de fundiciones de cobre, las que contienen una amplia variedad de metales y metaloides. En consecuencia, en este ecosistema los suelos se encuentran severamente degradados, con escasa vegetación, donde especies alóctonas se han adaptado a estas condiciones restrictivas, desplazando a especies nativas como Solidago chilensis Meyen y Baccharis linearis Ruiz & Pav. las cuales han logrado persistir a pesar de las condiciones imperantes. La rizosfera de plantas que crecen en este ecosistema presenta microorganismos que pueden promover el crecimiento vegetal bajo condiciones de estrés. Aquellas bacterias capaces de adaptarse, colonizar y prevalecer en la rizosfera se caracterizan por producir metabolitos secundarios tales como fitohormonas, ácidos orgánicos, sideróforos, entre otros, que aumentan la biodisponibilidad de nutrientes en el suelo y favorecen su absorción por la planta. Estas bacterias pueden responder de manera coordinada frente a algún estímulo mediante moléculas tipo N-acil-homoserina lactonas (AHLs), en un fenómeno conocido como Quorum-sensing. El objetivo general de este proyecto es evaluar rizobacterias productoras de AHLs como agentes de inducción de tolerancia y promoción del crecimiento en plantas nativas sensibles y tolerantes a elevadas concentraciones de metales y metaloides. 

Como resultados esperados se incluyen: (i) aislar rizobacterias con capacidad de producir moléculas señales de tipo AHLs y (ii) determinar el rol de las AHLs en la inducción de tolerancia y promoción de crecimiento en especies nativas que crecen en ambientes metalíferos (entre otros). Identificar bacterias productoras de AHLs con efectos positivos sobre la tolerancia y el crecimiento vegetal resultará clave para fomentar la recuperación de los suelos y especies vegetales autóctonas que aún sobreviven en ambientes con altos contenidos de metales y metaloides.

La micoheterotrofia es una estrategia trófica desarrollada por especies vegetales que dependen del carbono (C) que obtienen desde asociaciones simbióticas con hongos micorrízicos. El grado de micoheterotrofia de estas especies se relaciona con su capacidad de realizar fotosíntesis, existiendo especies con micoheterotrofia total (aclorofílicas) y con micoheterotrofia parcial, las que solo complementan su nutrición de C con lo obtenido desde hongos micorrízicos. Frente al escenario de cambio climático imperante y a la incertidumbre de sus consecuencias sobre los ecosistemas únicos del bosque templado-lluvioso chileno, es necesario comprender los mecanismos simbióticos que permiten el establecimiento y desarrollo de estas especies con alto riesgo de conservación. Las orquídeas terrestres son un modelo adecuado para estudiar los procesos simbióticos característicos de las especies micoheterótrofas, ya que los procesos simbióticos pueden desarrollarse bajo condiciones controladas y evaluar distintas etapas tróficas durante su desarrollo (micoheterotrofia total, micoheterotrofia parcial y autotrofia). El objetivo general de este proyecto es estudiar la contribución de hongos micorrízicos aislados desde especies micoheterótrofas endémicas en la nutrición de C y N, y revelar los mecanismos reguladores de los procesos micoheterótrofos en plantas del bosque templado-lluvioso del sur de Chile. Como resultados se espera obtener datos cuantitativos sobre el grado de micoheterotrofia presente en especies nativas, además de un balance de C y N entre plantas total y parcialmente micoheterótrofas. Adicionalmente, se identificarán las vías metabólicas y genes que permiten el control de hongos y obtención de nutrientes mediante micoheterotrofia, información que puede ser útil para explicar el control de hongos que pueden afectar a especies vegetales. Por la escasa información sobre el enriquecimiento de C y N en especies colonizando bosques nativos de Chile y la prácticamente inexistente información relacionada con regulaciones moleculares de las especies micoheterótrofas endémicas, este proyecto contribuirá a comprender a nivel molecular las interacciones que se dan en el sotobosque nativo y su relación con el ecosistema vía hongos-micorrízicos.