La raíz es una parte esencial de las plantas, a través de ella absorben agua y nutrientes, y existen bacterias promotoras del crecimiento vegetal que tienen un efecto positivo en la arquitectura de la raíz, lo cual se traduce en la capacidad de la planta para aprovechar mejor el agua y los nutrientes, lo que a su vez se refleja en la reducción del uso de fertilizantes.

Por ello, el doctor Randy Ortiz Castro, de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMICH), trabaja en la identificación de bacterias relacionadas con la capacidad de promover el crecimiento vegetal –también denominadas bacterias PGPR, siglas en inglés de Plant Growth Promotion Rizobacteria– y también trata de entender los mecanismos moleculares que conllevan a la promoción del crecimiento vegetal, cuál es el papel que juegan los nutrientes del suelo en las comunidades bacterianas y el crecimiento de las plantas, así como el posible efecto de las bacterias promotoras del crecimiento vegetal contra algunos hongos patógenos.

Si bien algunas bacterias pueden vivir de manera independiente de otros organismos, existen otras, tanto patógenas como benéficas, que están asociadas a un huésped.

Una bacteria es patógena cuando tiene capacidad de implantarse en el huésped y crear trastornos en él. En cambio, las bacterias benéficas, particularmente asociadas a plantas, encuentran en la rizosfera un nicho favorable para su crecimiento. La rizosfera es la parte del suelo que rodea la raíz de la planta donde las bacterias encuentran diferentes sustancias como aminoácidos, proteínas, enzimas, azúcares, ácidos orgánicos y vitaminas, las cuales utilizan como fuente de energía o carbono. Al mismo tiempo, las bacterias ayudan a la planta a fijar nutrientes como nitrógeno, fósforo o hierro, también le proveen hormonas –fitohormonas– para aumentar su crecimiento y dan a la planta una respuesta inmune contra el ataque de otros patógenos.

A las leguminosas, como los frijoles o las lentejas, están asociadas ciertas bacterias del género Rhizobium y los exudados que las leguminosas producen activan en estas bacterias la transcripción de genes –particularmente de genes Nod– que generan algunos carbohidratos con actividad fitohormonal, con esto se activa la comunicación entre las bacterias y las leguminosas. Esta comunicación trae consigo modificaciones en la raíz de la planta; es decir, la bacteria encuentra dentro de la raíz un ambiente propicio para vivir y ayuda a la planta a fijar nutrientes, dijo el investigador.

Señales químicas

Las bacterias utilizan moléculas pequeñas como señales químicas para comunicarse entre sí, este proceso de comunicación denominado quorum-sensing (QS), necesita la producción, liberación y detección de factores hormonales conocidos como autoinductores; la concentración de estos compuestos químicos depende de la densidad de la población de las bacterias que viven juntas.

Muchas bacterias que están asociadas a la parte del suelo que rodea la raíz, principalmente bacterias Gram negativas, como es el caso de Pseudomona aeruginosa, producen moléculas, como las N-acil-L-homoserina lactonas para regular su comunicación celular o quorum-sensing, que también son objeto de estudio del científico adscrito al Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la UMICH.

El interés del doctor Ortiz por estudiar el papel de las N-acil-L-homoserina lactonas y los ciclodipéptidos en las plantas, partió de un experimento realizado con anterioridad en el laboratorio durante sus estudios de maestría, en el que se mostró que las plantas eran capaces de responder a las moléculas bacterianas N-acil-L-homoserina lactonas, modulando el crecimiento de la raíz primaria y estimulando la formación de raíces laterales en plantas Arabidopsis thaliana.

“Por otra parte, estudios previos en plantas Medicago truncatula mostraron que alrededor de 150 proteínas vegetales respondían a la aplicación de las moléculas de origen bacteriano N-acil-L-homoserina lactonas”, apuntó.

El proceso de comunicación celular de la bacteria P. aeruginosa es regulado por las N-acil-L-homoserina lactonas, y el investigador en conjunto con otros especialistas evaluaron el efecto de estas moléculas de origen bacteriano sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas, como parte de la tesis de doctorado Estudio de la participación de las N-acil-L-homoserina lactonas y ciclodipéptidos en la regulación del desarrollo vegetal por bacterias del género Pseudomonas.

En dicho trabajo, los investigadores se percataron de que al modificar la producción de N-acil-L-homoserina lactonas, el desarrollo de la planta se veía afectado y se estimulaba la formación de raíces laterales y el crecimiento vegetal en plantas de A. thaliana. Con esto se documentó que dicho crecimiento se debe a la producción de tres ciclodipéptidos que estimulan el crecimiento vegetal.

De ser una bacteria patógena, los especialistas encontraron que, P. aeruginosa pasó a ser una bacteria benéfica. Al parecer la modulación en la producción de estas N-acil-L-homoserina lactonas cambia el perfil de producción de otros compuestos, como los ciclodipéptidos, los cuales ejercen un efecto positivo sobre la elongación de la planta, la formación de las raíces laterales, la división celular y el crecimiento vegetal.

Pensábamos que si la bacteria no producía las N-acil-L-homoserina lactonas, la planta no iba a responder ante la presencia de la bacteria, pero sucedió lo contrario, alteró el crecimiento de la raíz y potenció el desarrollo de la planta.

Las moléculas bacterianas identificadas por Ortiz Castro podrían ser utilizadas para la formulación de productos agrícolas, tanto químicos como biológicos, que optimicen el uso de fertilizantes en cultivos.

Por este trabajo, el doctor Randy Ortiz recibió el Premio Weizmann 2014, en el área de ciencias naturales, que otorgan la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) y la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias.