Bacterias, aliadas de la agricultura

Ofelia Ferrera-Rodríguez, Randy Ortiz-Castro

La planta de maíz, está en constante interacción con los microorganismos del suelo, entre estos las bacterias que se encuentran en su rizósfera; mediante interacción química, a través de sus raíces, la planta les proporciona diversos nutrientes, incluyendo vitaminas y aminoácidos a las bacterias; algunas bacterias como Pseudomonas fluorescens corresponden a la planta ayudándola a tomar minerales, o produciendo compuestos como: las fitohormonas (que influyen en el crecimiento y desarrollo de la planta) o los antibióticos (que ayudan a frenar el ataque de otros microorganismos contra la planta). Esta interacción benéfica planta-bacteria permite un balance entre el crecimiento y la salud de los cultivos, lo cual tiene un impacto en la producción agrícola y favoreciendo una agricultura sustentable.

El maíz y sus aliadas

Los esquites, ¡Mmmmh!, que deliciosos son ¡Ha! y la delicia de comerlos en cada pueblo o ciudad, sin duda en cada sitio tienen un sabor particular producto da cada uno de los ingredientes y métodos de preparación local. Y pensar que cada grano de maíz obtiene su sabor de los nutrientes que toma de la tierra en la que es cultivado; y lo hace a través sus raíces, que además toman agua y, mantienen a la planta anclada al suelo. Las raíces de las plantas forman parte de la rizósfera (conformada por la endorizósfera, el rizoplano y la ectorizosfera), que es el sitio donde habitan e interactúan una gran diversidad de microorganismos como bacterias, hongos, micorrizas, gusanos u otros insectos.

Muchas bacterias son amigas del maíz; claro, es una amistad no tan altruista, pero si es mutuamente benéfica. La planta les habla a las bacterias del suelo a través de su raíz, empleando un lenguaje químico y proporcionándoles nutrientes como deliciosos azucares, aminoácidos, proteínas y vitaminas; con todo ello, las motiva a formar parte de su equipo. Por su parte, algunas bacterias, a cambio de nutrientes orgánicos, le proporcionan a la planta ayuda para la solubilización de ciertos minerales que están en el suelo, pero que las plantas no pueden tomar por sí mismas, como fosforo, nitrógeno o hierro. Otras bacterias producen fitohormonas, que son compuestos que ayudan en el desarrollo de las plantas, como en la formación de tallos, raíces, floración, maduración de los frutos y defensa contra otros patógenos. A las bacterias que facilitan el desarrollo de las plantas se les ha llamado bacterias promotoras del crecimiento vegetal o PGPR (por sus siglas en inglés). Por otra parte, algunas bacterias son como soldados de batalla contra patógenos que atacan a la planta, algunas de ellas producen antibióticos que solo afectan a organismos dañinos para plantas; e incluso algunas bacterias, ayudan a la planta, peleándose químicamente con ella y así la entrenan para defenderse de los verdaderos enemigos (Figura 1). Para ejemplificar esto, te relataremos un par de historias; una, de alianza y otra de guerra; en ambas participa una bacteria llamada Pseudomonas fluorescens (P. fluorescens para los cuates).

Pseudomonas fluorescens una bacteria amable con las plantas

P. fluorescens suele encontrarse en el ambiente, principalmente en el suelo, en agua superficial, acompañando a diversas plantas, principalmente en su rizosfera; es una bacteria Gram negativa, que cuando se ve en el microscopio, parece una salchicha botanera con un hilito con el que nada (que se llama flajelo); esta bacteria es capaz de producir muchos compuestos químicos con los que logra diferentes cosas. Por ejemplo, esta bacteria le dice a la planta que crezca más, usando homoserína lactonas (moléculas con las que se pone de acuerdo con sus compañeras); la planta detecta las homoserína lactonas, las toma y las rompe y un pedazo de esas moléculas hace que la planta transpire más, tome más agua y junto con el agua tome más nutrientes del suelo (Figura 2). Y al mismo tiempo, P. fluorescens produce también unos compuestos llamados ciclodipéptidos que estimulan a la planta a producir una hormona llamada auxina, que es una de las hormonas más importantes en el crecimiento y desarrollo de las plantas (Figura 3). Al crecer más la planta, por las hormonas y por tomar más nutrientes, produce y libera más compuestos al suelo, que la bacteria a aprovecha para alimentarse y también crecer más. Y esa es una de las formas en que la alianza de la bacteria y la planta hace que se ayuden mutuamente a crecer. A su vez, se ha visto, que cuando bacterias que producen ciclodipeptidos están en interacción con plantas de jitomate, los agricultores ahorran hasta el 50% en el insumo de fertilizantes (Figura 4).

En la historia de guerra, también participa P. fluorescens porque es capaz de producir un arma secreta para defender a la planta de enfermedades conocidas como pudrición o marchitamiento, causadas por algunos hongos. El arma secreta es un antibiótico llamado diacetilfloroglucinol el cual ataca la respiración y la síntesis de ATP de los hongos que enferman a la planta, ósea que el antibiótico hace que no puedan respirar bien y que no tengan suficiente energía, entonces no pueden atacar a la planta. Así es como la guerra entre la bacteria y el hongo hace que la planta crezca sana y pueda alimentar mejor a su amiga la bacteria.

Seguramente ya intuiste que, de igual modo que ocurre en el maíz; en otras delicias como jitomates, aguacates, calabazas, rábanos, tejocotes, mangos, jícamas, cocos y todo aquello que disfrutamos tanto en nuestra variada comida mexicana, en parte, le deben también su sabor, a sus amigas las bacterias que habitan su rizósfera.

Agradecimientos

El presente trabajo forma parte del proyecto de Atención a Problemas Nacionales del CONACYT PDCPN 2015-882 “Comunicación química planta – bacteria y su impacto en la producción agrícola”.

Referencias

Ortiz-Castro R, Campos-García J, López-Bucio J. (2020) Pseudomonas putida and Pseudomonas fluorescen influence Arabidopiss root system architecture through auxin response mediatee by bioactive cyclodipeptides. Journal of Plant Growth Regulation 39:254-265.

Ortiz-Castro R, López-Bucio JS, López-Bucio J. (2017) Physiological and Molecular Mechanisms of bacterial phytostimulation. Advances in PGPR research. Eds. Singh HB, Sarma BK, Keswani C. CABI International. pp. 11-28.

Ortíz-Castro R, Contreras-Cornejo HA, Macías-Rodríguez L, López-Bucio J. (2009) The role of microbial signals in plant growth and development. Plant Signal Behav 4: 701–712.

Pies de figuras

Fig 1. Comunicación a través de un lenguaje químico, entre una planta de maíz y las bacterias que se encuentran en su rizósfera (Crédito: Randy Ortiz-Castro).

Fig 2. Plantas de Arabidopsis thaliana crecidas con o sin en presencia de la bacteria de Pseudomonas fluorescens (Crédito: Randy Ortiz-Castro).

Fig 3. Plantas de Arabidopsis thaliana producen más auxinas en presencia de Pseudomonas fluorescens. La tinción azul en la raíz nos indica la presencia de las auxinas en la planta (Crédito: Randy Ortiz-Castro).

Fig 4. Crecimiento de las raíces de plantas de jitomate crecidas en condiciones normales (sin bacteria) y otra planta cultivada con bacterias que producen ciclodipeptidos como Pseudomonas fluorescens (Crédito: Randy Ortiz-Castro).

Foto Slider. Crédito: Randy Ortiz-Castro