Unraveling the plant microbiome: looking back and future perspec

Bacterias endofitas: las inquilinas ocultas de las plantas

Desde Venezuela.

Las bacterias, esos organismos unicelulares versátiles, diversos, cosmopolitas y fascinantes, han sido fundamentales para la diversificación y el mantenimiento de la vida en la Tierra. Conocemos alrededor de 10.000 especies de bacterias, pero se estima que podrían habitar nuestro planeta entre 5 y 10 millones de especies distintas de bacterias. O sea, que conocemos tan solo el 0,2 % de la microbiota bacteriana planetario. El restante 99,8 % está completamente inexplorado :-O

Entre los ecosistemas bacterianos que más desconocemos son los de los ambientes naturales. Imagínese la de bacterias que debe haber en los fondos de lagos y mares, en los suelos de bosques y selvas, sobre y dentro los cuerpos de otros seres vivos… excepto los cráteres de volcanes activos y contadas excepciones, absolutamente todo está tapizado y colonizado por bacterias.

Pero vamos al grano. Literalmente. Las semillas de las plantas entran en contacto íntimo con el ecosistema bacteriano rico y diverso de los suelos. Hoy sabemos que las plantas son capaces de “llamar” a determinados tipos bacterianos para que se acerquen a sus raíces. Los exudados de las raíces de las plantas no solo son muy ricos en compuestos volátiles que atraen ciertas bacterias, sino que suelen contener azúcares con los que seducen microbios para que se acerquen a alimentarse pegaditos a sus raíces. Una complicidad planta-microbio nace.

El caso mejor estudiado de bacterias endofitas son las bacterias del género Rhizobium. Ellas establecen una relación simbiótica con plantas leguminasas desde unas estructuras llamadas nódulos que crecen en las raíces.  A la izquierda, una foto de raíces noduladas. A la derecha, el detalle de un nódulo lleno de Rhizobium

El caso mejor estudiado de bacterias endofitas son las bacterias del género Rhizobium. Ellas establecen una relación simbiótica con plantas leguminasas desde unas estructuras llamadas nódulos que crecen en las raíces. A la izquierda, una foto de raíces noduladas. A la derecha, el detalle de un nódulo lleno de Rhizobium

¿Con qué objetivo? Veamos: una vez en la rizósfera (el suelo que está en contacto íntimo con las raíces) muchas de las bacterias resultan beneficiosas para la salud planta. Las rizobacterias (bacterias que colonizan la rizósfera) son capaces de competir con otros microorganismos patógenos y también de producir sustancias que nutren y benefician a la planta.

Pero hay más. Hasta mediados del siglo XX se pensaba que los tejidos internos de las plantas sanas eran estériles. Hoy sabemos que no es así. Las mejoras en las técnicas de cultivo, pero sobre todo la revolución que ha supuesto el desarrollo de técnicas de ecología microbiana independientes de cultivo, ha permitido sacar a la luz algunos de los inquilinos más íntimos y ocultos de las plantas: las bacterias endofitas (endo = dentro; phyton = vegetal).

El microambiente interno del vegetal proporciona unas condiciones muy específicas para soportar la vida microbiana. Esta interacción única e íntima con la planta se considera hoy como una simbiosis, donde ambas partes se benefician positivamente uno del otro.

Algunas rizobacterias no solo son capaces competir efectivamente con el resto de la comunidad microbiana en la rizósfera, sino también de penetrar la raíz y colonizar los tejidos internos de la planta, volviéndose endofitas. La maquinaria genética necesaria para esta proeza metabólica tiene un formidable potencial biotecnológico.

Más allá de eso, el gran interés agrobiotecnológico radica aprovechar la promoción bacteriana del crecimiento vegetal de las endofitas. Ellas promueven el crecimiento de su “casera” gracias al biocontrol que ejercen sobre otros microorganismos patógenos (competencia por nicho, producción de antibióticos) y gracias a la producción de hormonas vegetales, de compuestos sideróforos (favorecen la captación de metales esenciales), de ácidos orgánicos que solubilizan fosfatos, y demás compuestos y enzimas beneficiosas. Con ello ¡son capaces de modular la fisiología de la planta y potenciar su crecimiento!

Fig 2

Las funciones globales de las bacterias endofitas (en inglés). Esquema de las funciones que una comunidad endofítica bacteriana cumple en el interior de una planta, según datos obtenidos hasta la fecha. En rojo, las funciones relacionadas con la penetración a la planta, colonización y establecimiento. En marrón, los procesos relacionados con promoción del crecimiento vegetal, biocontrol y biorremediación. En azul, adaptaciones metabólicas (Adaptado de Sesschit et al., 2012).

Hoy sabemos que la inoculación de los cultivos con cepas específicas de bacterias endofitas promotoras del crecimiento vegetal puede resultar en beneficios significativos de crecimiento y rendimiento. Sin embargo, para explotar todo el potencial de las bacterias endofitas el reto ahora es determinar varias cosas acerca de ellas y de sus anfitrionas.

  1. necesitamos saber si las especies mejor estudiadas (las modelo) son “representantes” de las poblaciones de bacterias endofitas totales que parecen albergar de forma natural en todas las plantas superiores.
  2. necesitamos saber si las bacterias endofitas son esenciales para la salud de sus anfitriones.
  3. tenemos que averiguar cómo podemos explotar el conocimiento de los genomas de las plantas huésped, en particular los de los cultivos de importancia económica, y cómo responden a la colonización de sus tejidos por bacterias endofitas.

Fig 3

Algunas bacterias endofitas no identificadas aisladas por el autor de esta entrada. Fueron obtenidas sembrando en medio YEMA macerados de raíces de arroz (cuya superficies fueron previamente esterilizadas).

Mucho camino por recorrer. Pero si se describen y comprenden mejor los microbiomas vegetales (toda la legión de microorganismos que hacen vida en una planta) dicha información estará disponible para el desarrollo de nuevas biotecnologías, especialmente en los campos agrícolas. Podría ser posible, por ejemplo, alterar convenientemente la estructura de la comunidad microbiana, dando lugar a un aumento de la resistencia de la planta o aprovechamiento de la eficiencia en la absorción de nutrientes específicos. Esto resultaría en prácticas agrícolas más sostenibles y amigables con el medio ambiente; objetivo vital para el sostenimiento de la creciente población mundial. ¿La siguiente revolución agrícola?

@morontafelix

 

 

Referencias:

Sessitsch A, Hardoim P, Döring J, Weilharter A, Krause A, Woyke T, Mitter B, Hauberg-Lotte L, Friedrich F, Rahalkar M, Hurek T, Sarkar A, Bodrossy L, van Overbeek L, Brar D, van Elsas JD, Reinhold-Hurek B (2012). Functional characteristics of an endophyte community colonizing rice roots as revealed by metagenomic analysis. Mol Plant Microbe Interact 1:28-36.

Gabriele Berg, Martin Grube, Michael Schloter and Kornelia Smalla (2014) Unraveling the plant microbiome: looking back and future perspectives. Front. Microbiol. doi: 10.3389/fmicb.2014.00148.

Thomas Turner, Euan James, and Philip Poole. (2013) The plant microbiome. Genome Biol. doi:  10.1186/gb-2013-14-6-209.

 

Imagen destacada:  Microcolonias de bacterias endofitas. Se muestra una sección de la raíz principal de una lechuga donde se aprecian alfaproteobacterias en verde-naranja (algunas filamentosas) y bacterias inespecíficas en rojo. (Adaptado de Berg et al., 2014)

 

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