La rizósfera, región circundante a las raíces de las plantas, es habitada por una gran cantidad de microrganismos muy diversos. El estudio de las interacciones, altamente dinámicas, entre los microorganismos presentes en la rizósfera y las raíces de las plantas, así como de su efecto sobre la planta y el suelo ha abierto una ventana de oportunidades en el mundo científico para su aprovechamiento en la agricultura. El tipo de microrganismos presentes en la rizósfera de una planta incluyen bacterias, hongos, virus y algas; la naturaleza y abundancia de estos varía de acuerdo con el tipo y condición de la planta y con las condiciones ambientales. Entre las bacterias de la rizósfera más abundantes se incluyen, por ejemplo, Proteobacterias, Acidobacterias, Firmicutes, Actinobacterias y Bacteroidetes, las cuales pueden tener efectos benéficos para el desarrollo y el crecimiento de las plantas.

Comunicación planta-microorganismo.
Las raíces de las plantas secretan metabolitos (ácidos orgánicos, carbohidratos, aminoácidos, vitaminas, compuestos fenólicos, enzimas, etc.) que influyen en la determinación del tipo de microorganismos presentes en la rizósfera, así como en su interacción con las plantas. Las características del exudado de una raíz son variables según la especie vegetal y las condiciones fisiológicas y ambientales en las que se encuentre la planta.
Los exudados de las raíces resultan atractivos a los microorganismos (algunos componentes del exudado les sirven como fuentes de carbono), por lo que la rizósfera, comparada con el suelo libre de raíces, se encuentra enriquecida con una diversidad de microorganismos que establecen interacciones que resultan en efectos positivos, negativos o neutros en las plantas. Además, existen componentes de los exudados que sirven de señales a microrganismos específicos para desencadenar procesos de reconocimiento bacteria-planta e iniciar la interacción. Algunos microorganismos rizosféricos se encuentran en estrecho contacto con las raíces de las plantas y otros denominados endófitos- pueden hospedarse dentro de las raíces, ya sea entre los espacios celulares o dentro de las células.

Ejemplos de interacciones benéficas entre plantas y microorganismos.
Las interacciones benéficas o mutualistas entre las plantas y los microorganismos de la rizósfera, pueden contribuir con el crecimiento de la planta mediante la mineralización o descomposición de la materia orgánica, la disponibilidad de nutrimentos, el control de microorganismos nocivos o patógenos y la producción de sustancias promotoras del crecimiento o fitorreguladores. Ejemplos de interacciones benéficas entre plantas y microorganismos incluyen: 1) La interacción entre plantas leguminosas -como el frijol, la soya, la alfalfa- con bacterias rizobiales (o rhizobia) que permite la fijación biológica del nitrógeno atmosférico para convertirlo a una forma asimilable para la planta (Figura 1) y
2) La interacción entre las plantas con los hongos micorrícicos que favorece principalmente el aprovechamiento del fósforo. Además, la interacción de ciertos microorganismos con las raíces de las plantas puede inhibir el crecimiento de poblaciones de microorganismos patógenos, mediante la competencia por el sitio o nicho ecológico que ocupan o mediante la producción de metabolitos secundarios con propiedades antibióticas y antifúngicas.
¿Cómo pueden aprovecharse en la agricultura las interacciones benéficas planta – microorganismo?
La población mundial exige cada vez más un incremento en la producción de alimentos, la cual es principalmente limitada por la disponibilidad de nutrimentos en el suelo. Con el paso de los años, el uso de fertilizantes químicos, que durante la “Revolución Verde” apuntaló la producción de alimentos, ha mostrado un umbral por lo que su incremento ya no se traduce en una mayor producción de alimentos, sino, por el contrario, la eficiencia de asimilación de los nutrimentos parece ir decreciendo. Además de que la aplicación excesiva de fertilizantes químicos resulta en la contaminación de ríos y lagos.
Una de las principales limitantes en la producción de alimentos es la disponibilidad de nitrógeno. Como se mencionó previamente, la fijación biológica de nitrógeno realizada por bacterias rizobiales en leguminosas (Figura 1) constituye uno de los mejores ejemplos de las interacciones benéficas planta-microorganismo. Así, en el caso de cultivos de leguminosas, importantes como alimento y forrajes, no es necesario agregar fertilizantes nitrogenados al suelo para satisfacer este requerimiento nutricional, ya que lo proveen las rhizobia a manera de “biofertilizante”. Sin embargo, los cereales de importancia económica como el maíz, arroz, trigo, sorgo y cebada no tienen la capacidad para interaccionar simbióticamente con rhizobia y se requieren grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados para asegurar su adecuada producción.
Otras estrategias alternativas que se han seguido para proveer el nitrógeno requerido para la producción de cereales incluyen los cultivos mixtos o la rotación de cultivos de leguminosas y cereales (como frijol y maíz), el uso de abonos orgánicos basados en leguminosas o la aplicación de bacterias promotoras del crecimiento vegetal. Además, es importante destacar que recientemente se investigan estrategias moleculares o biotecnológicas que permitan establecer la simbiosis fijadora de nitrógeno entre cereales y bacterias rizobiales.
Estudios en las vías de señalización de la simbiosis fijadora de nitrógeno por rhizobia (casi exclusiva para leguminosas) y de la simbiosis micorrícica (presente en la mayoría de las plantas, incluyendo cereales), han mostrado que existen genes comunes para el establecimiento de ambos tipos de simbiosis, pero que algunos de los genes esenciales para la fijación de nitrógeno están ausentes en los cereales. Por tanto, uno de los enfoques actuales de la investigación científica orientada a promover la simbiosis de los cereales con bacterias rizobiales fijadoras de nitrógeno, consiste en suplementar la vía de señalización común, existente en cereales, con genes adicionales que medien el reconocimiento y la interacción simbiótica con rhizobia. Por ejemplo, los genes provenientes de leguminosas que participan en el reconocimiento de factores de nodulación (lipoquitooligosacáridos producidos por las rhizobia que inician en la planta una cadena de señalización para permitir la entrada de las rhizobia y finalmente la formación del nódulo) y algunos factores transcripcionales (proteínas de unión a secuencias específicas de ADN que favorecen su transcripción) están siendo expresados en plantas de arroz y se analiza cuál es el impacto de la expresión de estos genes en promover su interacción con las bacterias rizobiales. Aunque los avances en este proyecto aún son limitados, constituyen un trabajo pionero que sentaría las bases para el establecimiento de la fijación biológica de nitrógeno en cereales.
El aprovechamiento de las interacciones benéficas entre las plantas y los microorganismos para mejorar la agricultura es de particular importancia en el mundo científico. Esto representa una alternativa viable para incrementar la producción de alimentos con un menor costo de producción, además de ser amigable con el ambiente evitando el uso excesivo de fertilizantes químicos.

 M.C. Alma Rosa Altúzar Molina / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México.
Dra. Georgina Hernández Delgado / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Ciencias Genómicas, Universidad Nacional Autónoma de México.
Dr. Pallavolu Maheswara Reddy / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
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