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CIENCIA
COV’S captados por polinizadores COV’S emitidos por microorganismos
Se atraen polinizadores o se repelen patógenos Angioesperma con microorganismos
Figura 1. Varios compuestos orgánicos volátiles (COV) son producidos por microorganismos presentes en los tejidos de las angiospermas, y a través de ellos atraen a los polinizadores.
Hoy escribimos sobre el papel de las bacterias en la relación entre las flores y los polinizadores. En la naturaleza, las plantas viven en asociación cercana con una diversidad de micro- y macroorganismos, dentro y fuera de sus tejidos. Los microbios (bacterias y hongos) colaboran en muchos procesos benéficos influyentes en el crecimiento y el desarrollo de las plantas, así como en su tolerancia a las enfermedades. Además, sabemos que existe una interacción tripartita entre las plantas y sus microbios con otros organismos multicelulares, como los polinizadores (insectos, aves, murciélagos).
Las flores de las plantas contienen naturalmente una enorme variedad de bacterias, y muchas de ellas tienen un papel clave en la atracción de los polinizadores, o bien protegen el polen. Por otro lado, los insectos polinizadores adquieren y depositan microorganismos en la superficie de las flores durante la colecta de polen y néctar, por lo que ellos también contribuyen a la diversidad bacteriana en las flores; finalmente, las bacterias modulan la comunicación planta-insecto polinizador. Algunos ejemplos sorprendentes deben ampliar nuestro modo de ver la ecología: las hormigas transportan hasta las flores levaduras que cambian la composición del néctar. Este hecho produce un atrayente (sustancia volátil) hacia otros polinizadores; estos, por su parte, contribuyen con bacterias que posteriormente encontraremos como parte del microbioma de las semillas, que se transmite de una generación a otra. Nuestro sentido del olfato percibe sustancias que las plantas producen y secretan, y las ayudan a realizar funciones importantes. Sorprendentemente, muchas de ellas son de origen microbiano.
Como mencionamos, las flores interactúan dinámicamente con comunidades de bacterias y hongos que pueden desarrollarse y colonizar sus tejidos por dentro y fuera. Estos microorganismos llegan a las plantas a través del viento o mediante interacciones con los polinizadores. En nuestro laboratorio, así como en otros grupos de investigación, se ha propuesto que el olor de las flores se debe a los compuestos orgánicos volátiles (COV) que emiten las bacterias; algunos son agradables, pero la gran mayoría son desagradables.
EN EL AROMA DE LAS FLORES INFLUYEN VARIOS FACTORES ENTRE ELLOS LAS BACTERIAS.
COMPUESTOS VOLÁTILES EMITIDOS POR MICROORGANISMOS
Figura 2. Estructuras químicas relacionadas con los aromas emitidos por bacterias y que son parte del néctar floral que atrae polinizadores. OH
1-penten-3-ol 1-undeceno O
OH
acetoína OH
2-butanol
Cuadro 1. COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES (COV) EMITIDOS POR BACTERIAS Y HONGOS Y LOS TIPOS DE POLINIZADORES ATRAÍDOS.
Microorganismos
Erwinia Amylovora Pantoea agglomerans Metschnikowia reukaufii Aureobasidium pullulans Bacillus amyloliquefaciens Serratia odorifera Bacillus cereus Aspergillus niger Hanseniaspora uvarum Neokomagataea spp. Grupo microbiano
Bacteria Bacteria Levadura Levadura Bacteria Bacteria Bacteria Hongo Levadura Bacteria Compuesto volátil
1-penten-3-ol Acetonía 2-butanol 2-nonanona 2,3-butanodiol trisulfuro de dimetilo disulfuro de dimetilo 2-feniletanol Acetaldehído 2-etilhexanol Polinizadores atraídos
Mariposas Moscas de la fruta, hormigas Abejas Abejas Abejas Moscas, escarabajos Moscas, escarabajos Escarabajos, abejas Avispas Abejas
En las flores se ha detectado la presencia de bacterias como Pantoea agglomerans y Pseudomonas syringae, que promueven la atracción de los polinizadores en el campo a través de la emisión de compuestos como acetoína por parte P. agglomerans y 1-undeceno por P. syringae. La acetoína es un producto de la fermentación de azúcares, prominente en el aroma de néctares florales producidos por microorganismos. Las flores de calabaza, por ejemplo, emiten distintos volátiles para atraer polinizadores como escarabajos y abejas. Estas moléculas son el 1,2,4-trimetroxibenceno y el cinamaldehído, producidos por bacterias que modulan la interacción planta-polinizador. El cinamaldehído es el componente aromático de la canela que nos atrae cada vez que pasamos por el puesto de los panecillos en las plazas comerciales. Esta sustancia, atractiva a nuestro olfato, tiene además un efecto antiviral.
Regresando a las bacterias, los aromas y las plantas, muchas bacterias que pertenecen al género Streptomyces no solo actúan contra las bacterias patógenas para las plantas, sino que también pueden producir compuestos como la geosmina, normalmente relacionada con el aroma a tierra mojada, que también sirve para atraer polinizadores de las flores de colores radiantes.
Asimismo, se ha determinado que varias especies de los géneros bacterianos Serratia y Stenotrophomonas pueden producir 2-feniletanol para favorecer la interacción planta-polinizador. En el Cuadro 1 se presentan los microorganismos, los compuestos y el tipo de polinizador atraído. La Figura 2 muestra las estructuras químicas de dichas moléculas.
Los polinizadores distinguen entre mezclas complejas de fragancias florales. Su atracción a la planta tiene implicaciones importantes para el éxito reproductivo de estas. La presencia o ausencia de un aroma atractivo para los insectos polinizadores disponibles localmente puede tener un impacto sustancial en el rendimiento de cultivos de importancia agronómica, de manera que los COV representan una estrategia biotecnológica para aumentar la producción de semillas.
O
acetaldehído OH
2-feniletanol OH
2-etilhexanol OH
OH
2,3-butanodiol O
e-cinamaldehído
EN LA RELACIÓN ABEJAS-NÉCTARPOLINIZACIÓN, LOS MICROORGANISMOS SON EL FACTOR BIOLÓGICO Existe una creciente preocupación sobre el estatus de las abejas en nuestro planeta. Muchos estudios y reportajes han buscado recrear el panorama de estos insectos y su funcionalidad. La labor de polinización de las abejas es insustituible. En general, sin el servicio biológico de los polinizadores, 30% de nuestros productos alimenticios desaparecerían, incluyendo los animales de engorda. Muchos factores se atribuyen a la disminución de las colonias de abejas y de su potencial polinizador. Por ejemplo, el aumento del dióxido de carbono en el aire puede aumentar la tasa de fotosíntesis de las plantas e influir en la producción del néctar: a mayor tasa fotosintética, mayor cantidad de néctar. Sin embargo, el aumento del néctar rico en carbohidratos reduce la cantidad de aminoácidos del polen y esto influye en la inmunidad de las abejas, por lo que las abejas son eliminadas fácilmente por sus patógenos. De acuerdo con un grupo de investigadores del Centro de Investigación en Abejas (CIABE) en el estado de Jalisco, los apicultores deben añadir “proteínas” en sus apiarios o colmenares para complementar las necesidades nutricionales de las abejas.
El néctar floral contiene grandes cantidades sacarosa, fructuosa y glucosa. En muchos casos, la composición del néctar define el tipo de polinizador que se verá atraído. Por ejemplo, las flores con néctar rico en sacarosa atraen colibríes y mariposas, y aquellos que son ricos en fructuosa o glucosa atraen abejas, moscas y murciélagos de lengua corta. Aparte de la composición química, las características físicas del néctar influyen en la atracción floral. Por ejemplo, las abejas prefieren el néctar más caliente, porque su menor viscosidad lo hace más fácil de beber. El alto contenido de carbohidratos provee un hábitat ideal para el crecimiento de microbios, por lo que la manipulación del
néctar a través de la inoculación de microorganismos mejorará la polinización de las plantas, y los polinizadores que sean atraídos por las sustancias volátiles derivadas del néctar podrán alimentarse y subsistir. Ambos efectos pueden aumentar los rendimientos de los cultivos.
Un estudio publicado recientemente en la revista PLoS ONE muestra las ventajas de manipular el néctar de las flores con la incorporación de la levadura Metschnikowia reukaufii y la bacteria Acinetobacter nectaris, por separado y juntas, en el néctar floral de las peras europeas cultivares Regal Red y Sweet Sensation. La combinación de la bacteria y la levadura aumentó el número de visitas de las abejas melíferas y un mayor número de racimos de flores en los árboles; sin embargo, no pudo distinguirse un efecto real sobre la productividad en los dos años que duró el estudio. Por otro lado, Kim y colaboradores mostraron en 2019 la asociación benéfica entre una bacteria y las abejas melíferas. Una cepa de Streptomyces globisporus aislada de las flores protege a las plantas y a las abejas de hongos y bacterias patógenas. Por ello, gracias a las abejas, la bacteria se mueve entre las flores y las raíces del vegetal.
Desde una perspectiva ecológica, el suelo, la planta y los polinizadores se consideran ambientes separados habitados por bacterias; aquí la bacteria es el punto de conexión entre los ambientes. Por otro lado, acercamientos biotecnológicos enfocados a estos intereses mejorará la producción mundial de alimentos de manera sostenible y con menor impacto ecológico.
Sin duda, los microorganismos son todavía una caja negra para nosotros, pero mientras más aprendemos de ellos, más descubrimos que somos dependientes de estos organismos diminutos, en aspectos muy diversos de nuestra vida y nuestras costumbres.
