Simbiosis con beneficios mutuos

Relación amigable entre plantas y microorganismos del suelo

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Investiga Biotecnología cómo conseguir un mayor rendimiento en cultivos como el frijol, explicó Luis Cárdenas

Laura Romero, 27 de marzo de 2017

En la naturaleza, plantas como las leguminosas pueden interaccionar con microorganismos del suelo para verse beneficiados mutuamente, estableciendo así una relación simbiótica. Pero no sólo eso: de entre toda la microbiota presente en la tierra, estas plantas son capaces de diferenciar a un organismo patógeno de uno simbionte; cómo lo logran es una pregunta abierta.

Encontrar las respuestas permitirá mejorar la comunicación entre ambas partes, lo que redundará en un mayor rendimiento en cultivos como el frijol, explicó Luis Cárdenas, jefe del Departamento de Biología Molecular de Plantas del Instituto de Biotecnología y que forma parte de un consorcio encargado del estudio de las interacciones mutualistas –integrado también por el laboratorio de María del Carmen Quinto Hernández–, para el que la meta es entender cómo ambos simbiontes (planta y microorganismos) interaccionan entre sí para verse beneficiados mutuamente.

En específico, centran sus indagaciones en plantas leguminosas, entre ellas frijol, soya, garbanzo, haba, lenteja y chícharo, que establecen ese tipo de asociaciones con bacterias de la familia Rhizobia. Esta reciprocidad se basa en un intercambio en el que la planta proporciona a la bacteria carbono para que pueda vivir, y ésta le da a cambio nitrógeno.

Lo anterior es posible porque las Rhizobium tienen la capacidad de hacer una fijación biológica del nitrógeno que posibilita transformar el nitrógeno molecular presente en la atmósfera en compuestos que la leguminosa pueda utilizar, como el amonio. Así, se forman moléculas como las proteínas y otras que requieren nitrógeno, dotándola de mayores probabilidades de sobrevivir en suelos pobres.

La relación, ejemplificó el universitario, se establece como un vínculo amoroso: hay un diálogo molecular inicial en el que se determina si hay o no un click, pues hay muchas bacterias que pertenecen a esa familia, pero cada una tiene su huésped adecuado: soya, frijol, alfalfa o chícharo, entre otros, de tal manera que esta interacción puede ser altamente específica.

Para que se establezca el nexo, la planta secreta una molécula señal (compuestos fenólicos) que reconoce la bacteria; ahora es la bacteria la que produce una segunda molécula señal que la raíz de la planta huésped detecta. Entonces ocurre un diálogo molecular y la planta permite el acceso a sus células más internas, donde finalmente se forma un nódulo dentro del cual las bacterias viven y fijan el nitrógeno atmosférico. Así se efectúa la simbiosis.

Frijol

México ha dado origen a dos cultivos sumamente importantes, de trascendencia mundial: el maíz y el frijol. Para sus investigaciones, Cárdenas eligió el segundo, por ser uno de los elementos más significativos en la dieta de los mexicanos y la fuente más accesible de proteína para la mayoría de la población.

Estudiar cómo se efectúan las interrelaciones simbióticas entre el frijol y sus bacterias puede derivar en una mayor productividad de los cultivos.

“En la medida que mejoremos este tipo de asociaciones simbióticas, dependeremos menos de los fertilizantes; nuestros ancestros lo sabían y por eso hacían rotación de cultivos: sembraban una temporada frijol, que enriquece el suelo con nitrógeno, y después el maíz, que puede aprovecharlo”, apuntó Luis Cárdenas.

Temas por estudiar

En la parte inicial es esencial estudiar las variedades de frijol y sus eficiencias de fijación del nitrógeno. En el consorcio se trabaja con cerca de 10, pero en México hay muchas más que vale la pena analizar.

Además, gran parte de la microbiología del suelo aún no se entiende; por ejemplo, cómo la microbiota en la zona de la raíz actúa de manera sinérgica con las bacterias Rhizobium para hacer un trabajo más eficiente.

El experto también examina en otras relaciones mutualistas, como las micorrícicas, que es la asociación de la planta con un hongo benéfico. Es una de las más fascinantes y antiguas de la naturaleza, que data de hace 460 millones de años.

Cuando las plantas colonizaron el planeta se encontraron en un ambiente donde las condiciones de nutrientes eran limitadas; los hongos micorrícicos fueron un gran aliado, porque les permitieron asimilar fuentes importantes de nutrientes como el fósforo y así subsistir.

Para sus investigaciones, Cárdenas y sus colaboradores se valen de la bioquímica, de la biología celular y molecular, y de instrumentos como microscopios confocales de última generación. “De esta manera podemos saber con precisión dónde se localizan las proteínas dentro de la célula para entender su función durante las interacciones mutualistas”. Sus resultados se han dado a conocer en publicaciones como Plant Journal, Plant Physiology y Plant Cell, logrando obtener la portada de varias revistas y permitiendo involucrar en su labor científica a los estudiantes de licenciatura y posgrado.