Las prácticas agrícolas industriales suelen agotar los nutrientes y minerales importantes del suelo, obligando a los agricultores a depender de fertilizantes artificiales para el crecimiento de las plantas.
De hecho, el uso de fertilizantes se ha más que cuadruplicado desde la década de 1960, pero esto conlleva graves consecuencias. La producción de fertilizantes consume enormes cantidades de energía y su uso contamina el agua, el aire y la tierra.
Los biólogos vegetales del Instituto Salk están proponiendo una nueva solución para ayudar a abandonar este hábito insostenible de utilizar fertilizantes.
En un nuevo estudio, los investigadores identificaron una molécula clave producida por las raíces de las plantas, un pequeño péptido llamado CLE16, que estimula la interacción entre las plantas y los hongos beneficiosos del suelo. Afirman que potenciar esta relación simbiótica, en la que los hongos aportan nutrientes minerales a las plantas mediante la suplementación con CLE16, podría ser una forma más natural y sostenible de fomentar el crecimiento de los cultivos sin el uso de fertilizantes artificiales dañinos.
Los hallazgos se publican en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
«Muchas plantas evolucionaron para establecer relaciones simbióticas con otras especies, pero las técnicas de cultivo industrial han atenuado muchos rasgos de simbiosis en nuestros cultivos modernos y han consolidado su dependencia de los fertilizantes químicos», afirma la autora principal Lena Mueller, profesora adjunta en Salk.
«Al restaurar la simbiosis natural entre las raíces de las plantas y los hongos, podríamos ayudar a que los cultivos obtengan los nutrientes que necesitan sin el uso de fertilizantes dañinos».
En esta relación mutuamente beneficiosa, los hongos micorrízicos arbusculares del suelo suministran agua y fósforo a las plantas, que estas aceptan a cambio de moléculas de carbono. Estos intercambios se producen mediante zarcillos simbióticos especializados, llamados arbúsculos, que se entierran en las células radiculares de las plantas.
Alrededor del 80% de las plantas pueden intercambiar recursos con los hongos de esta manera. Sin embargo, las características que sustentan esta simbiosis se han visto debilitadas por siglos de fitomejoramiento agrícola que priorizó la creación de cultivos con el mayor rendimiento.
Los científicos de Salk dicen que se podrían crear nuevas variedades de cultivos para fortalecer nuevamente estas características, una oportunidad que pretenden explorar a través de la Iniciativa de Aprovechamiento de Plantas del Instituto .
Para comenzar a descubrir y fortalecer estas características, el laboratorio de Mueller comenzó cultivando una especie de hongo micorrízico arbuscular junto con Medicago truncatula, una pequeña leguminosa mediterránea. Una vez que ambos formaron una relación simbiótica, los investigadores buscaron qué genes propiciaban esta interacción.
Las leguminosas habían comenzado a expresar grandes cantidades de una pequeña molécula de señalización llamada CLE16, miembro de la familia de péptidos CLE. Estas pequeñas moléculas de señalización están presentes en muchas especies vegetales, pero han sido relativamente poco estudiadas. Hasta CLE16, los únicos péptidos CLE vegetales estudiados por los científicos actuaban contra la simbiosis.
«Hemos descubierto el primer péptido CLE vegetal que realmente favorece y promueve la simbiosis», afirma Sagar Bashyal, primer autor y estudiante de posgrado del laboratorio de Mueller. «Desde una perspectiva científica, es realmente emocionante obtener una perspectiva tan sorprendente sobre estos péptidos. Es un gran paso hacia el logro de relaciones sostenibles entre plantas y hongos en el campo».
Para confirmar que CLE16 promovía la relación simbiótica , Bashyal añadió un exceso de CLE16 al suelo para observar qué sucedía. La dosis adicional de CLE16 provocó que los arbúsculos fúngicos se fortalecieran y prolongaran su vida, aumentando así la abundancia de estas estructuras que intercambian nutrientes en las raíces. El resultado fue una señal autoamplificadora de prosimbiosis: cuanto más se expandía el hongo beneficioso dentro de las raíces, más CLE16 producía la planta, lo que a su vez promovía aún más la colonización fúngica.
El equipo realizó una serie de experimentos para comprender cómo CLE16 fomentaba esta interacción entre plantas y hongos beneficiosos. Sus hallazgos revelaron que CLE16 promueve la simbiosis a través de la proteína de señalización CORYNE (CRN), un componente del complejo receptor CLAVATA conocido por su papel en las respuestas de las plantas al entorno.
Cuando una planta se estresa, aumenta su inmunidad para protegerse de futuras amenazas. Sin embargo, esto también reduce, inadvertidamente, la receptividad de la planta a los hongos circundantes. Mueller predice que cuando CLE16 se une al complejo receptor CRN-CLAVATA, se reducen los niveles de estrés y la reactividad inmunitaria de las plantas, permitiendo que el hongo beneficioso penetre en las raíces e inicie el intercambio de nutrientes.
Cabe destacar que el equipo de Mueller demostró que muchos hongos micorrízicos arbusculares también producen sus propios péptidos similares a CLE16, que también promueven la simbiosis al añadirse al suelo. Los investigadores creen que estos péptidos fúngicos imitan los péptidos CLE16 de las plantas, lo que permite que el hongo beneficioso amplifique la simbiosis al unirse a los mismos complejos receptores CRN-CLAVATA de la planta.
Con la validación de que la suplementación con péptidos similares a CLE16 tanto en plantas como en hongos mejoró la simbiosis, una suplementación similar en tierras de cultivo puede ser la solución para impulsar el crecimiento de redes de hongos que benefician a los cultivos año tras año.
Futuros trabajos validarán si los péptidos CLE16 o los imitadores fúngicos de péptidos similares a CLE16 también promueven la simbiosis en cultivos importantes, como la soja, el maíz o el trigo. De ser así, se comenzará a aprovechar estas moléculas para reemplazar fertilizantes químicos contaminantes e insostenibles con hongos beneficiosos.
«Además de actuar como fertilizante biológico, los hongos micorrízicos arbusculares también añaden una capa de protección natural a las plantas que también podría ayudarnos a reducir el uso de pesticidas», afirma Mueller.
«Si podemos aprovechar los hongos beneficiosos y otros microbios para ayudar a las plantas a establecer estas relaciones simbióticas, podemos lograr que nuestros cultivos, campos y suelos sean más sostenibles y saludables a largo plazo».
Más información: Müller, Lena Maria, Un péptido CLE vegetal y su imitador fúngico promueven la simbiosis micorrízica arbuscular mediante la supresión de ROS mediada por CRN, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2422215122
