Estudio de la respuesta del hongo Trichoderma atroviride a la presencia de la planta Arabidopsis thaliana

Abstract

"En el panorama de una constante evolución de la investigación científica, la integración de la biofísica al campo de la ciencia de los materiales ha surgido como un enfoque interdisciplinario, donde se exploran conocimientos novedosos y técnicas nuevas que convergen en un punto: la biología y la física. Este acercamiento ofrece conocimientos notables sobre el desarrollo de los organismos vivos y su aplicación a principios físicos para descifrar mecanismos de la vida. Por esto mismo, el estudio de las interacciones entre organismos representa una relación compleja que ha atraído gran interés en el campo de la biofísica. El análisis de hongos modelos como Trichoderma han sido objeto de un gran número de estudios, ya que se utilizan como agentes de control biológico y estimuladores del crecimiento en plantas, como es el caso de la planta modelo Arabidopsis thaliana. El enfoque que se dará en este proyecto es examinar la respuesta que tenga el micelio del hongo Trichoderma atroviride cuando se encuentra en interacción con la raíz de plántula de Arabidopsis thaliana, registrando el crecimiento del hongo filamentoso a nivel hifa y nivel colonia por medio de microscopía óptica de campo claro. Para poder realizar esta observación se construyó un sistema de microscopía que nos permitió hacer capturar una imagen de parte de un micelio cada diez minutos durante 24 h, teniendo como resultado un conjunto de imágenes de lapso de tiempo para ser analizadas por procesamiento digital. La base de los experimentos es estudiar diez muestras donde cinco estarán con presencia de la plántula y las cinco restantes estarán con ausencia de ella. Estas observaciones fueron hechas en condiciones controladas de temperatura (22⁰ C) y humedad (65%), bajo iluminación de luz roja (λ = 600-650 nm) para mantener un crecimiento vegetativo en el hongo. Con el fin de analizar el crecimiento del hongo, se usaron dos softwares (ImageJ/FIJI y Mathematica) que nos permitieron realizar el procesamiento y estudio de imágenes por muestra. Se obtuvo como resultado la velocidad del crecimiento del ápice de las hifas individuales o el avance del frente de colonia. Se encontró que la velocidad promedio de crecimiento total del hongo es de 4.10 µm/min en la prueba control (sin planta) y 2.40 µm/min en la muestra experimental (hongo-plántula). Además, debido a los cambios que fueron observados se realizó un segundo análisis que nos permitió identificar cambios morfológicos en el hongo en ambos casos a nivel macroscópico después de 24 h, 48 h y 72 h. Estos resultados indican existe un reconocimiento a distancia entre el hongo y la raíz de la plántula, capaz de modular la velocidad de crecimiento del hongo y cambiar la forma de la colonia."

"In the context of a constant evolution of scientific research, the integration of biophysics in the field of materials science has emerged as an interdisciplinary approach, where novel knowledge and new techniques are offered that converge at one point; biology and physics, offering remarkable knowledge about the development of living organisms and its application to physical principles to decipher mechanisms of life. For this reason, the study of interactions between organisms represents a complex relationship that has attracted great interest in the field of biophysics. The analysis of model fungi such as Trichoderma have been the subject of a large number of studies, since they are used as biological control agents and growth stimulators in plants, as is the case of the model plant Arabidopsis thaliana. The focus that will be given in this project is to examine the response of the mycelium of the fungus Trichoderma atroviride when it is in interaction with the seedling root of Arabidopsis thaliana, recording the growth of the filamentous fungus at the hyphal level and colony level by means of bright field microscopy. In order to make this observation, a microscopy system was built that allowed us to capture an image of part of a mycelium every ten minutes for 24 hours, resulting in a set of time-lapse images to be analyzed by digital processing. The basis of the experiments is to study ten samples where five will be with the presence of the seedling and the remaining five will be without it. These observations were made under controlled conditions of temperature (22⁰ C) and humidity (65%), under red light illumination (λ = 600-650 nm) to maintain vegetative growth in the fungus. In order to analyze the growth of the fungus, two softwares were used (ImageJ/FIJI and Mathematica) that allowed us to process and study images per sample. The speed of growth of the apex of individual hyphae or the advancement of the colony front was obtained as a result. It was found that the average total growth speed of the fungus is 4.10 µm/min in the control test (without plant) and 2.40 µm/min in the experimental sample (fungus-seedling). Furthermore, due to the changes that were observed, a second analysis was carried out that allowed us to identify morphological changes in the fungus in both cases at a macroscopic level after 24 h, 48 h and 72 h. These results indicate there is a remote recognition between the fungus and the root of the seedling, capable of modulating the growth speed of the fungus and changing the shape of the colony."