Microorganismos: los socios invisibles del agricultor

La expresión “interacción planta-microorganismo” es común en el ambiente del agro. Este artículo invita a conocer más sobre estos socios que bregan por una agricultura más sustentable.

Por: Permingeat, H.

Las interacciones entre microorganismos y plantas son multifacéticas e implican una red de respuestas fisiológicas integradas, interferencias químicas y circuitos reguladores. Estas relaciones son el resultado de la coevolución que comenzó con la aparición de las plantas hace 700 millones de años. La inmensa extensión de esta coevolución explica la complejidad y especificidad de dichas interacciones, que se pueden clasificar en cuatro: simbiosis, mutualismo, comensalismo y patogénesis. Comprender la base mecanicista de estas relaciones y los aspectos fisiológicos que las inducen es clave para diseñar estrategias efectivas para una agricultura sostenible.

En términos generales, las soluciones biológicas abarcan dos aspectos cruciales de la agricultura sostenible: el uso de organismos vivos benéficos o sus derivados para aumentar directamente el rendimiento de los cultivos, conocidos como bioestimulantes o microorganismos promotores del crecimiento de plantas (PGPR, por sus siglas en inglés), o para protegerlos de plagas y enfermedades, conocidos como agentes de biocontrol o biopesticidas (Bernal y col., 2021).

En las últimas décadas, la producción de cultivos corrió su enfoque centrado en el rendimiento hacia la calidad y la seguridad, y más recientemente, hacia la sostenibilidad. El manejo integrado de cultivos (MIC) es un enfoque pragmático para la producción, que incluye el manejo integrado de plagas (MIP) y se enfoca en la protección. Al considerar el manejo de plagas y enfermedades, los métodos de control biológico complementan los métodos físicos y culturales. En este contexto, los biopesticidas son formulaciones elaboradas a partir de sustancias naturales que controlan las plagas mediante mecanismos no tóxicos y de forma ecológica. Consisten en compuestos naturales de microorganismos o material genético que se incorporó a las plantas para producir sustancias pesticidas. El mecanismo específico que utilizan es variado, aunque la producción de compuestos naturales tóxicos es uno de los más estudiados.

Por otro lado, los biofertilizantes pueden reemplazar a los fertilizantes químicos para aumentar la producción de cultivos de manera ecológica. Son sustancias que contienen microorganismos vivos que cuando se aplican a semillas, superficies de plantas o suelo colonizan la rizosfera o el interior de la planta y promueven el crecimiento, aumentando el suministro o disponibilidad de nutrientes primarios para el cultivo. Los biofertilizantes agregan nutrientes a través de los procesos naturales de fijación de nitrógeno atmosférico, solubilización del fósforo y estimulación del crecimiento de las plantas a través de la síntesis de sustancias promotoras del crecimiento (Ortiz and Sansinenea, 2021).

Los PGPR, mencionados anteriormente, son un grupo de bacterias que colonizan las raíces de las plantas y mejoran el crecimiento mediante la producción de hormonas vegetales o metabolitos secundarios, controlando enfermedades, forzando una inducción de resistencia sistémica o cambiando las interacciones fisicoquímicas con las plantas. Hay muchos PGPR que han sido objeto de estudio en las últimas décadas, como Rhizobia, Mycorrhizae, Azospirillum, Bacillus, Pseudomonas, Trichoderma y Streptomyces.

Casan y col. (2021) muestran un caso concreto de estudio para el género Azospirillum, que fue objeto de más de 1400 publicaciones científicas durante el período 1978-2019, vinculado con una decena de áreas temáticas de interacción benéfica con plantas. Otro ejemplo es el caso del género Bacillus, que puede actuar utilizando mecanismos directos e indirectos en el crecimiento de las plantas. Los mecanismos directos incluyen su capacidad para obtener aporte de nutrientes como nitrógeno, fósforo, potasio y minerales, o para modular los niveles de hormonas vegetales. Mientras que los mecanismos indirectos incluyen la secreción de sustancias antagonistas para inhibir patógenos vegetales o la inducción de resistencia a patógenos (Ortiz and Sansinenea, 2021). Bacillus thuringiensis es un claro ejemplo de bacteria entomopatógena, inicialmente utilizada como insecticida biológico y luego como fuente de los genes Bt, introducidos en cultivos mediante tecnologías de ingeniería genética.

Se identificaron muchos compuestos que derivan de las PGPR, caracterizados y aislados, y muestran un alto potencial de uso en la agricultura. Algunos estimulan el crecimiento de las plantas y/o de las raíces, el aumento de biomasa y la germinación de las semillas (lipoquitooligosacáridos –LCO- , compuestos orgánicos volátiles –COV-, turicina) (Naamala and Smith, 2021). Otros mitigan los efectos del estrés biótico e inducen la resistencia sistémica adquirida. Entre los que se destacan como antifúngicos se encuentran las micobacilinas, iturinas, plistatinas, bacilomicinas, surfactinas, micosubtilinas, fungistatinas, zwittermicina y macrolactinas (Sansinenea, 2020). Otros compuestos mitigan los efectos del estrés abiótico como la salinidad, la sequía, la inundación, la acidez y el estrés oxidativo, y otros actúan en la biorremediación de compuestos xenobióticos (Naamala and Smith, 2021).

Los biofertilizantes pueden reemplazar a los fertilizantes químicos para aumentar la producción de cultivos de manera ecológica.

El modo de acción de estos compuestos puede diferir de uno a otro y algunos poseen más de un modo de acción. Ciertos compuestos funcionan mediante la activación de genes responsables de la producción de ciertas fitohormonas, como auxinas y citoquininas, la activación de enzimas y genes involucrados en la resistencia a enfermedades, y mejoran la producción de enzimas y genes esenciales en el manejo del estrés, a través de procesos como la inhibición de especies reactivas de oxígeno (ROS).

En síntesis, las formulaciones basadas en PGPR no solo ayudan a proteger las plantas de varios patógenos al actuar como agentes de control biológico, sino que también desencadenan diferentes efectos de promoción biológica en varios parámetros del crecimiento de las plantas. La utilización eficaz de PGPR para reducir enfermedades o para la protección de cultivos en el futuro, exigirá una elección racional del microorganismo, así como mejoras técnicas en las formulaciones. Los fertilizantes minerales pueden ser reemplazados parcialmente por biofertilizantes, lo que mejora las estrategias ecológicas de protección de las plantas y contribuye con alternativas ambientalmente seguras. Sin embargo, se debe tener sumo cuidado en la producción y comercialización de estos productos basados ​en microbios para garantizar que cumplen con la evaluación de seguridad.

Existe una gran variedad de géneros y especies que se han identificado como beneficiosas para el crecimiento vegetal. Sin embargo, hay un número limitado que se comercializan como biofertilizantes. Este punto es una limitación para el uso de biofertilizantes que vale la pena mencionar. La falta de una legislación adecuada y el cuidado que se debe tener en cuenta para liberar a los biopesticidas al medioambiente hacen que su mercado se expanda lentamente.

Una exploración continua de la biodiversidad natural de los microorganismos del suelo y la manipulación de las interacciones microbianas en la rizosfera de los cultivos representan un paso previo para desarrollar inoculantes microbianos más eficientes. El estudio de los compuestos que son secretados por microorganismos benéficos y su impacto en plantas o patógenos vegetales es un componente fundamental. El descubrimiento de nuevas cepas con potencial de aplicación en agricultura, sin dudas, representa un desafío prometedor (Ortiz y Sansinenea, 2021).

REFERENCIAS

• Bernal P, Eberl L, de Jonge R, Lepek VC and Malone JG. (2021). Understanding plant–microorganism interactions to envision a future of sustainable agriculture. Environmental Microbiology, 23: 1809–1811.

• Cassán F, López G, Nievas S, Coniglio A, Torres D, Donadio F, Molina R and Mora V. (2021). What Do We Know About the Publications Related with Azospirillum? A Metadata Analysis. Microbial Ecology, 81: 278-281.

• Naamala J and Smith DL. (2021). Microbial Derived Compounds, a Step Toward Enhancing Microbial Inoculants Technology for Sustainable Agriculture. Frontiers in Microbiology, 12: 634807.

• Ortiz A & Sansinenea E. (2021). Recent advancements for microorganisms and their natural compounds useful in agriculture. Applied Microbiology and Biotechnology, 105: 891–897.

• Sansinenea E. (2020). Industrial applications of novel compounds from Bacillus sp. In: Nayak SK, Mishra BB (eds) Frontiers in Soil and Environmental Microbiology. CRC Press, Taylor & Francis Group, pp 81–88.