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Cómo los microbios del suelo ayudan a las plantas a resistir enfermedades


Las plantas no pueden aislarse por sí mismas durante un brote de enfermedad, pero pueden obtener ayuda de un amigo: los microbios beneficiosos del suelo ayudan a las plantas a evitar una amplia gama de enfermedades. 


por Olga Kuchment, Universidad de Texas A&M


Ahora, los científicos de Texas A&M AgriLife han descubierto una parte importante del proceso en el que los hongos beneficiosos ayudan a las plantas de maíz a defenderse contra los patógenos.

Los resultados aparecieron en The Plant Cell en enero. El líder del estudio fue Michael Kolomiets, Ph.D., profesor de patología vegetal y microbiología en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Texas A&M. La financiación para el estudio fue proporcionada por el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA. En general, los resultados arrojan luz sobre un aspecto misterioso de la inmunidad de las plantas y permiten futuras investigaciones hacia cultivos de cereales más productivos.

La selección y reproducción cuidadosas de las plantas han mejorado enormemente los cultivos en todo el mundo, dando lugar a mayores rendimientos, resistencia y resistencia a enfermedades . Pero en estos días, la productividad de los cultivos no se puede mejorar tanto solo con la selección genética, dijo Kolomiets.

«Lo que actualmente se cree que es la próxima estrategia muy importante, la llamamos la ‘revolución marrón'», dijo. «Podemos obtener ayuda de microorganismos benéficos que residen en el suelo».

Los microbios del suelo inducen «resistencia sistémica»

Los microbios del suelo afectan a las plantas de una manera sorprendente. Por ejemplo, cuando una planta está luchando contra una enfermedad, su tasa de crecimiento disminuye. Pero cuando una planta alberga microbios útiles en sus raíces, puede combatir las plagas mientras mantiene un crecimiento normal.

Cómo los microbios del suelo ayudan a las plantas a resistir enfermedades
Los hongos del suelo Trichoderma, cultivados en una placa de Petri. Foto de Jim Taylor, estudiante graduado en el Departamento de Fitopatología y Microbiología. Crédito: Texas A&M University

Estos microbios del suelo prestan a toda la planta un tipo especial de protección contra enfermedades. Cuando los microbios del suelo están presentes, las plantas experimentan lo que se llama «resistencia sistémica inducida», un refuerzo de inmunidad que protege a la planta de una amplia gama de patógenos.

«Cuando diseñamos un cultivo con resistencia a un patógeno, generalmente necesitamos identificar un gen de resistencia para cada cepa específica o grupo de patógenos», dijo Kolomiets. «La resistencia sistémica inducida es una estrategia mucho mejor porque es efectiva contra múltiples patógenos».

Por todas estas razones, comprender la sinergia entre microbios y plantas tiene un gran potencial para mejorar la salud y los rendimientos de los cultivos.

¿Qué hacen exactamente los microorganismos?

Los científicos han sabido que la influencia de los microbios en las plantas está relacionada con una hormona vegetal llamada ácido jasmónico , pero la imagen no cuadró con Kolomiets. Si bien la hormona aumenta la defensa, también ralentiza el crecimiento. Por esta razón, las plantas producen ácido jasmónico por solo un corto período de tiempo al percibir el estrés, ya que existe una fuerte penalización de crecimiento debido a la presencia continua de esta hormona en los tejidos vegetales.

Si los hongos beneficiosos, que a menudo residen en las raíces para la vida de una planta, hacen que las plantas produzcan ácido jasmónico todo el tiempo, dijo: «Siempre me preguntaba, ¿cómo es posible que los hongos también promuevan el crecimiento? Tiene sentido para mi.»

Cómo los microbios del suelo ayudan a las plantas a resistir enfermedades
La estructura química del ácido jasmónico. Crédito: Texas A&M University

Se trata de la savia

Para ver qué sucedía dentro de las plantas de maíz con y sin hongos, el equipo recolectó la savia de las plantas de maíz que tenían hongos Trichoderma en sus raíces. Luego, los investigadores inyectaron esta savia «fuerte» en plantas de maíz que no tenían contacto con Trichoderma.

También repitieron este experimento con otras dos variedades de maíz descubiertas en estudios previos. La primera variedad, naturalmente, tiene una inmunidad más fuerte incluso sin la presencia de Trichoderma. El segundo, en contraste, ha debilitado la inmunidad. Finalmente, repitieron el experimento con dos mutantes de Trichoderma descubiertos previamente. Un mutante no puede aumentar la inmunidad del maíz y el otro induce inmunidad a niveles superiores a su progenitor de tipo salvaje.

En todos los casos, cuando la savia se tomó de plantas con una fuerte inmunidad y se inyectó en plantas normales o debilitadas, la savia actuó de manera similar a una vacuna, haciendo que las plantas más débiles sean resistentes a las enfermedades. Y cuando la savia de plantas más débiles se inyectaba en plantas con inmunidad mejorada, esa inmunidad se debilitaba.

Una sustancia diferente a la suma de sus partes.

A continuación, los investigadores analizaron el conjunto completo de metabolitos dentro de las plantas de cada experimento. En el análisis final, dos compuestos explicaron los efectos de Trichoderma. Un compuesto, 12-OPDA, era un componente básico para el ácido jasmónico. Pero a diferencia del ácido jasmónico, este compuesto puede no inhibir el crecimiento de las plantas.

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La estructura química de 12-OPDA. Crédito: Texas A&M University

Además, el análisis mostró que Trichoderma envía señales químicas para alentar a las plantas a producir 12-OPDA y desalentarlas de usar 12-OPDA para producir ácido jasmónico.

«La gente piensa en esta vía de múltiples pasos como un evento único. Pero resulta que los intermedios son tan importantes como el producto final», dijo Kolomiets. El resultado sugiere que los fitomejoradores que buscan crear plantas más resistentes podrían buscar variedades de maíz con niveles alterados de estos intermedios.

¿Pueden las plantas y los microbios trabajar juntos aún mejor?

Entre los objetivos futuros del equipo está encontrar variantes naturales de Trichoderma que sean aún más beneficiosas que las cepas que se usan actualmente. «Hay una diversidad amplia en la naturaleza, y necesitamos aprovechar esa diversidad», dijo Kolomiets.

Además, el equipo «ahora puede identificar aquellas variedades de maíz que son mejores en esa interacción con estos microbios beneficiosos», dijo Kolomiets. «Si sabemos cómo lo hacen, nos permite producir un mejor maíz para el microbio y producir un mejor microbio para el maíz, lo que da como resultado un maíz más saludable en el campo».


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