Interacción microorganismos con plantas

• Febrero 2022

Interacción microorganismos con plantas, una respuesta a la desertificación

El cambio climático, se ha transformado en una de las perturbaciones a gran escala que ha enfrentado la humanidad en su historia, generando condiciones de sequía, que ha demostrado ser el desastre natural más influyente cuando se trata de la productividad agrícola, esto por someter a las plantas tanto cultivadas como silvestres, a condiciones de estrés hídrico, que en palabras simples, es el estrés que sufre la planta en condiciones ambientales en las que la cantidad de agua transpirada es superior a la cantidad que absorbe, esto la obliga a cerrar estomas, lo que implica que al no poder fotosintetizar, se detiene la captura de CO2 y producción de oxígeno y la planta se transforma en un productor de carbono atmosférico.

El manejo del estrés hídrico en las plantas cultivadas ha tenido tres grandes vías de desarrollo:

La primera, el desarrollo de tecnologías de riego, tanto mecánicas como el paso de riego tendido con baja eficiencia de uso del agua al riego por goteo con un 90%, e informática como el uso de sensores, terrestres y satelitales para determinar las demandas de agua.

La segunda vía, es el desarrollo de plantas modificadas genéticamente, donde se adicionan genes de la misma especie o de una distinta, que confiere rasgos de tolerancia al estrés hídrico.

Y la tercera, es el uso de microrganismo, que disminuyen las condiciones de estrés, por mecanismos directos como son la solubilización de nutrientes, mutualistas donde la interacción con la planta cambia los niveles de eficiencia de ambos o la inducción de efectos metabólicos en la planta. Este último mecanismo, tiene la gran ventaja de poder ser aplicado en cualquier sistema, desde programas de reforestación, donde no hay riego y no se pueden usar transgénicos, pequeños productores agrícolas, con baja capacidad de inversión en riego o semillas patentadas hasta las grandes empresas agrícolas, donde las exigencias de mercado limitan el uso de transgénicos y premian las tecnologías naturales.

De esta forma, el uso de microorganismos asociados a las raíces, se ha transformado en una herramienta, ampliamente utilizada en diversos sistemas agrícolas y forestales, con poca distinción en tipo de cultivo y nivel tecnológico de los agricultores.

La interacción entre plantas y microorganismos es tan antigua como la colonización de la tierra por las plantas, siendo un proceso complejo, dinámico y continuo. La asociación de millones de años de plantas y microorganismos microbios ha formado un conjunto de especies huésped y no huésped, formando una unidad ecológica discreta llamada "holobionte". Tanto en los ecosistemas naturales como en los agrícolas, las plantas son invadidas por microorganismos beneficiosos y patógenos, como son bacterias, hongos, virus y viroides. Las que pueden ser benéficas como las asociaciones mutualistas, neutras o deletéreas como en el caso de patógenos.

Las interacciones beneficiosas se pueden definir como algunos mecanismos directos o indirectos como la transferencia de nutrientes, realizada por hongos micorrícicos y rizobios que se asocian con las raíces y proporcionan a las plantas nutrientes, estimulación directa del crecimiento a través de fitohormonas, antagonismo hacia microorganismos patógenos y mitigación de estrés. Por otro lado, las interacciones dañinas son perjudiciales para las plantas, ya que los microbios invasores pueden causar daño a las plantas atacadas, desde degradación de tejidos hasta modificaciones de la expresión génica y hormonal.

Las plantas viven en estrecha asociación simbiótica con un grupo de hongos, conocidos como hongos micorrícicos arbusculares (AMF), que confieren a las plantas una mejor capacidad de absorción de nutrientes, así como una mayor tolerancia a los estrés abióticos (sequia, deficiencia de nutrientes, altas o bajas temperaturas, contaminantes) y bióticos (patógenos, plagas, malezas y otras especies invasoras), mientras que los hongos mismos adquieren un nicho ecológico protegido y fotosintetizas de plantas. Esta interacción planta-AMF puede ser explotada con éxito para el desarrollo de estrategias de manejo del estrés abiótico. También hongos de vida libre como Trichoderma, tradicionalmente conocido como un agente de biocontrol, se ha utilizado en los últimos tiempos para la promoción del crecimiento de las plantas y el alivio contra el estrés abiótico. Actualmente se dispone de varios informes que indican la capacidad de diferentes especies de Trichoderma para conferir tolerancia a estrés hídrico en las plantas, aunque los mecanismos involucrados aún no están determinados completamente.

Los microorganismos se encuentran en el tejido de las plantas producen señales, como son compuestos orgánicos volátiles, hormonas e imitaciones hormonales, señales basadas en carbohidratos y proteínas. Ocurriendo lo similar por parte de la planta. Los microbios tienen señales basadas en carbohidratos y proteínas clasificadas como patrones moleculares asociados a microbios o patógenos esenciales para la supervivencia microbiana.

Todas estas señales, son afectadas por las condiciones ambientales, genera desbalances nutricionales, que favorecen la asociación de las plantas con microorganismos benéficos, así por ejemplo deficiencias de fósforo favorecen la colonización de micorrizas, deficiencias de nitrógeno lo hacen con Rizhobium, e hídrico con Trichodermas. Pero también ocurre que plantas bajo estrés, tienden a tener un balance fotosintético (azúcar producida– azúcar respirado por la planta), como la absorción de nitrógeno no depende de la fotosíntesis, cambia la relaciona carbono/nitrógeno, lo que en el caso de disminuir, ciertos hongos que habitan dentro de la planta, normalmente inocuos, reciben una alerta y tratan de huir del interior de las plantas, pasando de un crecimiento siguiendo los haces vasculares, pasan a tener un crecimiento radial, lo que terminar por matar las plantas, esto se ha sido reportado para el caso de enfermedades de madera, en distintas especies frutales. Y probablemente son la causa del incremento de mortalidad de especies silvestres, como el Aliso en Norteamérica, y probablemente expliquen la mortalidad de las Araucarias.

En Chile se han desarrollado diversas formulaciones de microrganismo, para su uso en la producción agrícola y forestal, tanto para control de plagas y enfermedades, así manejo de condiciones de estrés, siendo reportados efectos de productos comerciales como Centeon (Bio insumos Nativa SPA), tanto en cultivos, forestales y frutales. En este caso la interacción entre un consorcio de Bacillus y Trichoderma, genera efectos por distintos mecanismos, como son la solubilización de nutrientes, que hace que sea más fácil para las plantas absorber estos compuestos. La colonización directa de las raíces (Figura 1), esto estimula a la planta a aumentar la ramificación de las raíces, lo que incrementa la cantidad de pelos radicales (figura 2), los que son los que realmente absorben el agua y nutrientes. Además, la planta al no poder identificar a estos organismos como beneficios o patógenos, se preparar para una pérdida de raíces y consecuente estrés hídrico, así si la colonización ocurre previo a las condiciones de estrés, se aumenta el volumen de raíces (figura 3), al evaluar el efecto del estrés sobre las plantas, por imágenes satelitales, es posible ver que los sectores de plantas colonizadas por el este consorcio tienen menor nivel de estrés (figura 4).