iPlantMicro Lab
ITQB NOVA (Oeiras, PT)
Juan Ignacio Vílchez
Assistant Researcher
Otros miembros
André Sousa
Predoc
Millia McQuade
Predoc
Kusum Niraula
Predoc
Daniel Silva
MSc
Luana Silva
MSc
Joana Gomes
MSc
Presentación
En iPlantMicro Lab trabajamos para comprender los sistemas de comunicación en las interacciones beneficiosas planta-microbio, con el objetivo de utilizarlos como soporte para una gestión agrícola más sostenible.
Contexto y reto
La agricultura alimenta a una población mundial en continuo crecimiento, pero el cambio climático, la degradación del suelo (salinización, desertificación) y el agotamiento de la salud del suelo amenazan la productividad agrícola. La microbiota de la rizósfera condiciona la fertilidad y salud del suelo, y ejerce una fuerte influencia sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas. Entre esos microbios, muchas cepas beneficiosas promueven la disponibilidad de nutrientes y la tolerancia de las plantas a estrés ambiental.
Líneas de investigación
- Identificar la relación entre las respuestas de la planta a estreses ambientales y su microbioma asociado.
- Decodificar las vías de señalización necesarias para relaciones beneficiosas planta-microbio, así como sus mecanismos regulatorios.
- Aplicar los modelos de señalización a nuevas fórmulas en biofertilizantes y biocontroladores, con el fin de potenciar el desarrollo y producción de cultivos.
- Estudiar la herencia transgeneracional de microbiomas y el papel de la regulación epigenética en este fenómeno.
Publicaciones representativas
- Vílchez J.I., Yang Y., He D., et al. (2020). DNA demethylases are required for myo-inositol-mediated mutualism between plants and beneficial rhizobacteria. Nature Plants 6(8): 983-995.
- Romão I.R., do Carmo Gomes J., Silva D., & Vílchez J.I. (2025) The seed microbiota from an application perspective: an underexplored frontier in plant–microbe interactions. Crop Health 3, 12.
- Morcillo R.J.L., Singh S.K., He D., An G., Vílchez J.I. (2020). Rhizobacterium-derived diacetyl modulates plant immunity in a phosphate-dependent manner. The EMBO Journal 39:e102602.
- Niza-Costa M., Rodríguez-dos Santos A.S., Rebelo-Romão I., Ferrer M.V., Sequero López C., Vílchez J.I. (2022). Geographically disperse, culturable seed-associated microbiota in forage plants of alfalfa (Medicago sativa L.) and pitch clover (Bituminaria bituminosa L.): characterization of beneficial inherited strains as plant stress-tolerance enhancers. Biology 11(12): 1838.
- Vílchez J.I., Niehaus K., Dowling D.N., González-López J., Manzanera M. (2018). Protection of pepper plants from drought by Microbacterium sp. 3J1 by modulation of the plant’s glutamine and α-ketoglutarate content: a comparative metabolomics approach. Frontiers in Microbiology 9:284.
- Gil T., Rebelo Romão I., do Carmo Gomes J., Vergara-Diaz O., Amoroso Lopes de Carvalho L., Sousa A., Kasa F., Teixeira R., Mateus S., Katamadze A., Pinheiro D.G., Vicente R., Vílchez J.I. (2024). Comparing native and non-native seed-isolated strains for drought resilience in maize (Zea mays L.). Plant Stress 12: 100462.
- Vílchez J.I., Navas A., González-López J., Arcos S.C., Manzanera M. (2016). Biosafety test for plant growth-promoting bacteria: proposed Environmental and Human Safety Index (EHSI) protocol. Frontiers in Microbiology 6:1514.
Proyectos
- SaltBiome: estudio de microbiota de variedades hyper-tolerantes a la sal y halófilas para mejorar la capacidad de tolerancia al estrés salino en arroz sensible.
- Exudome: evaluación de los cambios de exudados inducidos por estreses como mecanismos de reclutamiento selectivo de microbiota beneficiosa.
- InheritME: caracterización de microbiota de semillas y mecanismos de herencia microbiana dirigida para su uso biotecnológico.
- MaizeSurvivor: análisis de la microbiota de semillas de maíz para tratamientos frente a la sequía, desde el laboratorio hasta escalas de campo.
- FireBiome: búsqueda de soluciones microbianas para acelerar la recuperación del suelo tras incendios, tomando como referencia un caso en Los Guájares (Granada, España).
Métodos destacados
El grupo dispone de un abanico de métodos modernos y avanzados. Aquí tienes una lista que puedes incorporar:
- Enfoque multi-ómica: metagenómica, transcriptómica, metabolómica, epigenómica + fenotipado de plantas.
- Estudios en diferentes condiciones: laboratorio, invernadero y campo.
- Análisis de microbiotas de rizósfera y semillas: culturomics y secuenciación de alto rendimiento para caracterizar comunidades microbianas.
- Estudios de exudados de raíces / señalización de la planta hacia el microbioma: por ejemplo metabolómica de exudados para entender el reclutamiento microbiano.
- Etiquetado fluorescente / seguimiento de colonización microbiana “in planta”, huellas moleculares para monitorización de la transmisión vertical / herencia de microbiomas beneficiosos.
- Ensayos de tolerancia al estrés (por ejemplo sequía, salinidad) en plantas con inoculación microbiana y análisis de contenido metabólico de la planta (glutamina, α-cetoácidos, etc.).
- Desarrollo de productos biofertilizantes o biocontroladores basados en el conocimiento de señalización y microbioma.
Enfoque
Para abordar estos retos empleamos un enfoque multi-ómica (metagenómica, metabolómica, transcriptómica, epigenómica, fenotipado), combinado con estudios en laboratorio, invernadero y campo. También desarrollamos tratamientos in vitro / in planta que incluyen seguimiento con marcadores fluorescentes y huellas moleculares para monitorizar la transmisión (vertical) e inherencia de microbiotas beneficiosas hacia generaciones futuras de cultivos.
Modelos y especies de estudio
Utilizamos plantas modelo de las familias Fabaceae y Solanaceae (y otros cultivos de interés como maíz o arroz) para evaluar la eficacia de las estrategias diseñadas.
Visión a futuro
Nuestro objetivo es generar herramientas microbianas e ingeniería de microbiomas que reduzcan el uso de insumos químicos, mejoren la resiliencia de los cultivos al estrés y contribuyan a una agricultura más sostenible, rentable y respetuosa con el medio ambiente.
