Investigando la dinámica de comunidades microbianas en 3D en la rizósfera utilizando microscopía de campo complejo y fluorescencia

Resumen Las interacciones microbianas en la rizósfera contribuyen a la salud del suelo. Comprender estas interacciones tiene el potencial de avanzar en la agricultura sostenible, la gestión de ecosistemas y la responsabilidad ambiental. Sin embargo, es difícil entender lo que no podemos ver; entre las limitaciones en la imagen de la rizósfera se encuentran los desafíos asociados con la imagen rápida y no invasiva de células microbianas a profundidades de campo relevantes para las raíces de las plantas. Aquí, presentamos una nueva técnica de imagen bimodal llamada microscopía de Campo Complejo y Fluorescencia utilizando la Técnica de Escaneo de Abertura (CFAST) que comienza a abordar estas limitaciones al integrar imágenes de fase cuantitativa y fluorescencia 3D. Demostramos la practicidad y versatilidad de CFAST de dos maneras. Primero, aprovechando su profundidad de campo de más de 100 micrones, reducimos significativamente el número de capturas necesarias para la imagen 3D de las raíces de las plantas y las bacterias en el rizoplano, minimizando así el potencial de fotoblanqueo y fototoxicidad. Segundo, al aprovechar la sensibilidad de fase y la especificidad de fluorescencia de CFAST, rastreamos el desarrollo temprano de agregados bacterianos, la competencia bacteriana y la expresión génica en diversas condiciones ambientales. Específicamente, resolvemos las dinámicas de crecimiento bacteriano de poblaciones mixtas en las primeras etapas de colonización sin necesidad de etiquetar genéticamente aislamientos ambientales. Además, encontramos que la expresión de genes de interés para la química de la rizósfera (por ejemplo, genes representativos involucrados en la detección de fósforo y producción de antibióticos) varía espacio-temporalmente dentro de las poblaciones microbianas que están adheridas a la superficie y parece distinta de su expresión en cultivos planctónicos. Juntas, las características de CFAST superan las limitaciones de las plataformas de imagen comerciales y permiten obtener nuevas perspectivas sobre las dinámicas de comportamiento microbiano en sistemas experimentales de relevancia para la rizósfera.