EL ASOMBROSO MUNDO DE LA MICROBIOTA VEGETAL

Luis Ángel Chicoma Rojas

Ilustración de Ada Peña.

La agricultura está afrontando diversos desafíos. La creciente demanda de alimentos, el crecimiento poblacional, cambio climático y la urgencia por una producción sostenible, son parte de los retos que enfrenta.

Desde hace décadas se realizan investigaciones relacionadas con el mundo microbiológico en plantas. Sin embargo, solo en los últimos años los avances científicos han revelado la existencia de complejas comunidades microbianas asociadas a las plantas. Estas comunidades son denominadas microbiota.

La microbiota vegetal es increíblemente diversa y abundante, se estima que en un gramo de suelo hay cien millones de células bacterianas, y miles de especies; su complejidad ha despertado el interés de muchos investigadores, y con el avance de las tecnologías se está logrando entender  su relación con las plantas y sus funciones, por ejemplo, el estudio detallado de la microbiota ha permitido identificar los genomas de cada microorganismo, es decir, el conjunto de genes característicos de cada individuo de la microbiota. Este grupo de genomas se conoce como microbioma.

Lo asombroso de estas comunidades microbianas es que están presentes en todos los órganos de la planta durante todas sus  etapas de crecimiento y desarrollo. En la raíz, en el exterior de la semilla, en la superficie de las flores, hojas, tallos, en los frutos, e incluso en los tejidos internos. ¡En todas partes! Lo más interesante, y lo que motiva este texto, es que esta microbiota vegetal juega un papel muy importante en defender a la planta ante el ataque de pestes y plagas, y las ayuda a tolerar el estrés ambiental causado por la temperatura, la salinidad, o la escasez de agua, por ejemplo.

¿Se puede aprovechar la microbiota vegetal en la agricultura?

Para poder comenzar a entender la microbiota podemos plantearnos ciertas preguntas, como por ejemplo: ¿Existen diferentes tipos de microbiotas?, ¿Cuáles son sus principales funciones? o ¿Hay factores que puedan alterar o perjudicar la microbiota vegetal? Intentaré dar respuesta a estas preguntas.

Iniciemos por la primera. Hay diferentes criterios para poder clasificar la microbiota vegetal, algunos están relacionados a la función que desempeñan en la planta, otros  son clasificados en función de su parentesco y otros  por en el lugar en donde se encuentran en la planta.

La raíz es el órgano encargado de asimilar los nutrientes y el agua que están presentes en el suelo, pero también desempeña otras funciones. La raíz también participa en el intercambio gaseoso entre el suelo y la atmósfera, lo que permite el desarrollo de microorganismos, fijar nutrientes (como nitrógeno atmosférico) y descomponer compuestos orgánicos. También tiene la capacidad de producir y liberar, por medio de poros, líquidos denominados exudados radiculares.

Por las cualidades mencionadas, la raíz es catalogada como la zona de comunicación entre los microbios y el suelo. Otro aspecto maravilloso de la raíz es que es considerada como un hogar por muchos microorganismos, es decir, en sus tejidos internos viven una amplia gama de bacterias (bacterias endófitas). 

El desarrollo de la planta puede estar afectado por los miembros de la microbiota de la raíz al beneficiarse de azúcares y moléculas ricas en carbono producidas por el huésped. Además, la microbiota puede establecer diferentes relaciones con las plantas o mudar la naturaleza de su relación en un solo hospedador. 

En general, podemos decir que la conformación de las diversas comunidades microbianas en las raíces están influenciadas por factores propios de la raíz, como los genes característicos de cada planta, su capacidad para liberar compuestos que atraen a los microorganismos, su estructura (forma de la raíz), etc, y por factores externos, como el tipo de suelo, pH, humedad, o temperatura. 

La microbiota de la parte aérea también cuenta con una amplia diversidad de microorganismos, algunos de ellos, como en las raíces, se encuentran en el interior de los tejidos (endófitos), y otros en  la superficie (epífitos) de las hojas , tallos, flores y frutos. Un dato cautivador de los endófitos es que pueden trasladarse a las diferentes partes de la planta empleando el sistema circulatorio de ésta. Estos microorganismos endofíticos entran en contacto con el xilema (tejido que actúa como tuberías que conducen el agua y minerales), y son transportados a los diferentes órganos vegetales. 

Presencia de las comunidades microbianas en  las diferentes partes de la plata; raíz,semilla y  hojas. (adaptada por Luis A. Chicoma)

En algunos casos, la microbiota de la planta se clasifica como central o satelital. Una microbiota central está constituida por microorganismos, que independientemente de las condiciones del suelo y de las características medioambientales, están fuertemente  asociados a la planta y contribuyen con su desarrollo. Mientras que la microbiota satelital está formada por aquellos microorganismos que están en menor abundancia, se encuentran en pocas partes de la planta y están influenciados por factores del hábitat.

Continuamos con la segunda pregunta. Las funciones de la microbiota son variadas y muy amplias. Pueden contribuir con la absorción de nutrientes, participar en procesos fisiológicos como la producción de hormonas vegetales (fitohormonas) y combatir patógenos. Por ejemplo, se ha determinado que en la raíces del  trigo existe una amplia diversidad de bacterias como Pantoea spp., Pseudomonas spp. y Paraburkholderia spp., las cuales tienen la habilidad de promover el crecimiento en la planta, capturar nutrientes del suelo y contribuir en la tolerancia al estrés por factores bióticos y abióticos.

En la imagen de la izquierda: Patógenos de plantas, como Pseudomonas syringae pv. tomate (1), puede ingresar a través de los poros de las hojas (estomas) (2). En respuesta a la infección, las plantas liberan un compuesto llamado  ácido málico (3) de sus raíces, una fuente de alimento para Bacillus subtilis, bacteria beneficiosa (4). Las bacterias liberan toxinas que suprimen las defensas antimicrobianas de la raíz (5) y evitan el ataque de otras cepas bacterianas potencialmente patógenas (6), permitiendo que B. subtilis colonice las raíces. La colonización de B. subtilis, a su vez, hace que la planta produzca ácido abscísico, lo que conduce al cierre del estoma (7), lo que ayuda a prevenir una mayor infección. Del mismo modo, cuando las plantas se infectan con un hongo, por ejemplo Alternaria solani (tizón del tomate) (8), las plantas cercanas pueden iniciar sus propias defensas al detectar señales de advertencia transmitidas entre las plantas a través de un sistema simbiótico entre las raíces y hongos beneficiosos, como  de raíz de hongos, Glomus mosseae (9). (Adaptado por Luis A. Chicoma).

Finalizamos con la tercera pregunta. A pesar de las estupendas contribuciones de la microbiota vegetal, existen factores que pueden afectarla. La salinidad, humedad, pH y el tipo del suelo, así como la materia orgánica, la morfología de las raíces y la composición de los exudados, tienen gran influencia en la microbiota radicular.

Por su parte, otros factores ambientales, la presencia de patógenos y las labores agrícolas, influyen tanto en la microbiota aérea como la terrestre. 

Así mismo, se ha identificado ciertos factores directamente relacionados con la planta, como la edad de la plata y su estado fenológico; que influyen en la conformación de la microbiota vegetal. 

Saber cómo está constituido y cuáles son los factores que influyen en la microbiota y el microbioma de la planta es muy importante, no solo por el efecto que tienen en la producción o en la tolerancia y resistencia a factores abióticos y bióticos, sino también por el rol que juega a nivel del ecosistema agrícola, manteniendo su equilibrio y diversidad.

 

Referencias 

  1. Mitter, B., Pfaffenbichler, N., & Sessitsch, A. (2016). Plant–microbe partnerships in 2020. Microbial biotechnology, 9(5), 635-640.
  2. Glick, B. R. (2012). Plant growth-promoting bacteria: mechanisms and applications.  Scientifica.
  3. Vorholt, J. A. (2012). Microbial life in the phyllosphere. Nature Reviews Microbiology, 10(12), 828-840.
  4. Hardoim, P. R., Van Overbeek, L. S., Berg, G., Pirttilä, A. M., Compant, S., Campisano, A., … & Sessitsch, A. (2015). The hidden world within plants: ecological and evolutionary considerations for defining functioning of microbial endophytes. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 79(3), 293-320.
  5. Lemanceau, P., Blouin, M., Muller, D., & Moënne-Loccoz, Y. (2017). Let the core microbiota be functional.Trends in plant science 22(7), 583-595.
  6. Fierer, N. (2017). Embracing the unknown: disentangling the complexities of the soil microbiome. Nature Reviews Microbiology 15(10), 579.

 

    

 

Luis Ángel Chicoma Rojas es investigador junior del Laboratorio de Proteómica, Enzimas y Metabolitos Activos, Universidad Privada Antenor Orrego – Trujillo, Perú. 

 

 

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