Los investigadores encontraron una forma mucho más rápida de detectar bacterias del suelo como posibles bioestimulantes y biopesticidas.
Los científicos de la Universidad de Johannesburgo (UJ) identificaron compuestos de señal diez veces más volátiles de las bacterias, en comparación con los estudios más recientes.
Las rizobacterias pueden proteger los cultivos del estrés abiótico y biótico al impulsar el crecimiento de las plantas y la autodefensa de las plantas. Los agricultores aplican las bacterias como recubrimientos de semillas o inoculantes. Los productos biológicos son amigables con el medio ambiente y pueden reducir la necesidad de fertilizantes y pesticidas químicos.
Para cultivos como el trigo, el maíz y los tomates, las bacterias beneficiosas para las plantas que viven en la zona de la raíz pueden proteger significativamente las plantas y estimular su crecimiento. La protección bacteriana también puede ser efectiva cuando las plantas están estresadas.
En un estudio publicado en Metabolites, investigadores de la Universidad de Johannesburgo (UJ) muestran un enfoque mucho más rápido para la detección de bacterias para su uso potencial como fertilizantes y pesticidas naturales.
Cultivaron cuatro cepas de rizobacterias prometedoras en el laboratorio. Luego analizaron las moléculas de señalización que producían las bacterias con técnicas metabolómicas.
Usando un nuevo enfoque, identificaron una sorprendente cantidad de 121 compuestos orgánicos volátiles (COV) diferentes producidos por solo las cuatro cepas. Esto es entre 10 y 20 veces lo que identifican la mayoría de los estudios de investigación publicados actualmente.Impulso natural al crecimiento y protección
Entre los 121 COV, encontraron tres formas de ácido salicílico. Estos COV fueron producidos por tres de las cuatro cepas de bacterias.
″Encontramos tres derivados del ácido salicílico: salicilato de metilo, salicilato de isoamilo y salicilato de n-hexilo.
″El ácido salicílico es una hormona vegetal que juega un papel importante en el crecimiento de las plantas y en la inducción de resistencia contra las enfermedades″, dice el Dr. Msizi Mhlongo. Mhlongo es el autor principal del estudio y profesor titular en el Departamento de Bioquímica de la UJ.
El salicilato de metilo es mejor conocido fuera de los círculos de investigación por ser el químico detrás del olor a ‘gaulteria’, que se agrega a las lociones corporales, los parches para lesiones deportivas y los alimentos.
″El salicilato de metilo es volátil y puede viajar alrededor de la planta en el aire. Pero también es una señal móvil dentro de la planta: puede viajar desde las raíces hasta las hojas de una planta. Las ‘raíces pueden decirle a las hojas que se despierten y desencadenar resistencia’, usando salicilato de metilo. Esta forma de resistencia es la Resistencia Sistémica Adquirida (SAR)”, dice el profesor Ian Dubery, también del Departamento de Bioquímica de la UJ y supervisor del estudio.
Distinguir las señales
Los investigadores utilizaron espectrometría de masas de alta resolución para diferenciar entre las 121 moléculas de COV.
″Es la sensibilidad del instrumento, la alta velocidad de exploración y su capacidad para distinguir masas moleculares que están muy cerca unas de otras, lo que lo hizo posible. Además, la capacidad del software para separar los picos moleculares”, agrega Mhlongo.
Las tres formas de ácido salicílico que encontraron son valiosas por su capacidad para desencadenar la resistencia sistémica inducida (ISR) en algunos cultivos. ISR es el ‘sistema inmunitario inducido’ impulsado por las raíces que ayuda a las plantas a protegerse cuando están estresadas o bajo ataque. Los agricultores pueden aumentar la ISR en sus cultivos con recubrimientos o inoculantes de semillas de rizobacterias.
Detección de bioestimulantes
″Estábamos buscando las moléculas señalizadoras importantes que estas bacterias secretan para desencadenar un estado de resistencia en las plantas″, dice Dubery.
″No todas las bacterias en la rizosfera son inductoras activas de SAR o ISR. El propósito de este estudio fue averiguar qué cepas son mejores para inducir ISR”, agrega.
Utilizaron cepas de rizobacterias del sur de ÁfricaPseudomonas koreensis, Pseudomonas fluorescens, Lysinibacillus sphaericus y Paenibacillus alvei . El profesor Nico Labuschagne de la Universidad de Pretoria suministró las cepas de su colección de aislados de rizobacterias.
Ensayos anteriores en invernadero realizados por Labuschagne en Sudáfrica identificaron las cuatro cepas por su potencial bioestimulante y biopesticida para el trigo, el maíz y los tomates.
″En general, el proceso de detección de bacterias comienza aislándolas de un entorno como un tipo de suelo o humedal. Puede examinarlos para detectar la presencia de una sola molécula o un grupo de moléculas. Luego, evaluaría la seguridad, seguido de pruebas de invernadero, luego pruebas de campo, antes de lanzarlas comercialmente ”, dice Dubery.
El ‘bioma intestinal’ de la planta
Durante buenas condiciones sin mucho estrés, las rizobacterias se asocian con las plantas y sus raíces, al igual que las bacterias intestinales se asocian con sus huéspedes humanos, dice Dubery. Las rizobacterias permiten que las plantas absorban nutrientes como nitrógeno y fósforo, entre muchas otras actividades.
Durante tiempos de estrés abiótico, las rizobacterias ayudan a defender a sus plantas asociadas. Esto podría ser falta de agua, altas temperaturas o alta salinidad en el suelo. Además, durante estreses bióticos como infección por hongos, virus o bacterias patógenas; o amenazada por malas hierbas u otras plantas; las rizobacterias se intensifican para aumentar las defensas químicas de sus plantas asociadas.
Las rizobacterias logran todo esto al producir compuestos orgánicos volátiles (COV), como los identificados por los investigadores de la UJ.
Los COV actúan como señales de comunicación tales como “llamadas de ayuda”, defensas bioquímicas y biofertilizantes en una variedad de formas.
Las rizobacterias pueden enviar señales a otros microbios usando COV, dice Mhlongo. Los microbios pueden enviar señales a las plantas. Incluso es posible que las plantas envíen señales a los microbios, agrega. Previamente, han escrito una revisión exhaustiva de la investigación sobre este tema en la que se basa el estudio actual.
Cribado antes de los ensayos de campo
Los resultados del estudio muestran el elevado número de moléculas señalizadoras producidas por las cuatro cepas de bacterias. El trabajo de seguimiento necesitaría investigar el volumen, la concentración y la consistencia de la producción.
″A medida que se realizan más investigaciones, los enfoques bioestimulantes se vuelven más confiables″, dice Mhlongo.
″Las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) son específicas para cada cultivo. Lo que funciona bien para los tomates, el trigo y el maíz podría no funcionar para las espinacas. Este tipo de investigación nos ayuda a saber qué bacterias específicas de plantas promoverán el crecimiento y la resistencia inducida”, agrega.
Los análisis de COV como este estudio pueden crear ‘biomarcadores’ para estudios futuros, agrega Mhlongo. Como ejemplo, se podrían definir las tres formas de ácido salicílico que encontraron en este estudio como un biomarcador para la resistencia inducida de plantas SAR e ISR.
Luego, cuando se evalúan otras rizobacterias para inducir la resistencia de las plantas, no es necesario realizar pruebas en invernadero o pruebas de campo para descartar las que no comienzan. En cambio, se puede hacer un análisis similar de los COV de esas bacterias, usando espectrometría de masas de alta resolución. Esto permite descartar tempranamente cepas o combinaciones de cepas que no produzcan un grupo deseado de moléculas como las diferentes formas del ácido salicílico.
Artículo de revista: Perfilado de compuestos orgánicos volátiles de cuatro rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal por SPME–GC–MS: un estudio de metabolómica DOI: 10.3390/metabo12080763
La 4ª Cumbre Internacional de Biopesticidas, Bioestimulantes y Nuevos Fertilizantes (BioEx 2023) tendrá lugar los días 9 y 10 de marzo en Hangzhou, China. Nos complace invitar a oradores de los sectores comercial, de investigación, de extensión, gubernamental, regulatorio y agrícola a enviar sus propuestas y resúmenes para presentaciones orales.
Fuente: Luz Novus
