Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Estableciendo un diálogo molecular: Bacterias y pelos de la raíz del frijol

Archivo: Biotecnología

Dra. Ma. del Carmen Quinto Hernández / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Biotecnología-UNAM.

Aproximadamente una tercera parte del alimento que se necesita para abastecer a la población mundial, depende del nitrógeno que se produce industrialmente, para utilizarlo como abono nitrogenado. El nitrógeno es un elemento esencial para los seres vivos y éstos lo obtienen fundamentalmente de las plantas. Sólo una parte pequeña de ellas, las leguminosas, pueden procurarse su propio nitrógeno a través de establecer una relación benéfica (simbiosis) con bacterias del suelo (rizobios) que tienen la capacidad de convertir el nitrógeno atmosférico en amonio, que la planta puede utilizar para sintetizar los compuestos nitrogenados que requiere para crecer, tales como aminoácidos, aminoazúcares, etc. Las bacterias a cambio del amonio que le dan a la planta, reciben de ésta fuentes de carbono, de donde obtienen energía. Como resultado de la interacción simbiótica entre las bacterias y las raíces de las leguminosas, se forman nuevos órganos en las raíces, llamados nódulos y es dentro de éstos en donde ocurre el proceso de conversión de nitrógeno atmosférico a amonio, que se conoce con el nombre de fijación biológica de nitrógeno.
          Para que esta interacción suceda, se necesita que se establezca un diálogo molecular específico entre los rizobios y las raíces de las leguminosas. Este diálogo molecular consiste en un intercambio de señales químicas entre ambos simbiontes. Las raíces de las leguminosas secretan a la rizósfera (zona del suelo inmediata a la raíz) compuestos químicos específicos (fenólicos), que son detectados por los rizobios y si el reconocimiento es específico, estos microorganismos responden sintetizando y secretando moléculas conocidas como factores de nodulación. Estos factores de nodulación inducen en los pelos de las raíces de la planta varios cambios morfológicos y fisiológicos que eventualmente culminan con la entrada de las bacterias a las raíces a través de sus pelos y, simultáneamente, la formación del nódulo.
Durante este proceso, los rizobios son atraídos químicamente, por los compuestos fenólicos específicos antes mencionados, a la región del ápice de los pelos de la raíz, los cuales se deforman y enroscan atrapando a las bacterias. En este punto del pelo se forma una estructura tubular intracelular (dentro del pelo), llamada hilo de infección, por el cual los rizobios se dirigen al tejido de la corteza de la raíz. Las células de esta corteza, al momento de percibir de manera específica los factores de nodulación, activan su ciclo celular y se dividen para formar el primordio del nódulo. El hilo de infección crece hacia la corteza de la raíz, dentro del cual, los rizobios se van dividiendo hasta llegar al primordio del nódulo, y entonces las bacterias son liberadas (exocitadas) del hilo de infección y a su vez atrapadas (endocitadas) en estructuras membranales llamadas simbiosomas. Simultáneamente, el primordio del nódulo madura a nódulo y es dentro de estos simbiosomas en donde las bacterias, diferenciadas a bacteroides (son hasta 40 veces más grandes que las bacterias), son capaces de convertir el nitrógeno a amonio, mediante las enzimas nitrogenasa y nitrogenasa reductasa.
         La leguminosa de mayor consumo humano a nivel mundial es el frijol común, Phaseolus vulgaris que ocupa el noveno lugar entre las especies más cultivadas del planeta y es uno de los cultivos más antiguos de México y Mesoamérica (data de hace más de 6 mil años). En la dieta de los mexicanos es un alimento básico, contiene entre el 20 y el 25% de proteína, el 40% de almidón, 20% de fibra y varios nutrientes esenciales, tales como el hierro y el ácido fólico. Su contenido proteico es prácticamente el doble del de la mayor parte de los cereales.
         Por todas estas razones, en mi grupo de investigación, del Departamento de Biología Molecular de Plantas del Instituto de Biotecnología de la UNAM, estamos interesados en estudiar y entender qué eventos celulares y moleculares ocurren en el inicio de la interacción entre los rizobios y el pelo de la raíz del frijol para que ésta sea exitosa, es decir, para que se forme el nódulo y la fijación de nitrógeno suceda. Con este objetivo, estamos analizando las etapas más tempranas del proceso de nodulación, es decir, tiempos muy cortos después de que la bacteria o bien los factores de nodulación entran en contacto con los pelos de la raíz del frijol. La ventana de tiempo que estudiamos es desde segundos después de tratar los pelos con los factores de nodulación, hasta aproximadamente 72 hrs después de la inoculación de la raíz con los rizobios. Una de las estrategias de frontera que estamos utilizando para este estudio incluye moléculas fluorescentes que se introducen por difusión en los pelos radicales en crecimiento y nos permiten determinar bajo el microscopio, y de manera muy precisa y fina, los cambios que suceden a nivel molecular en cada una de estas células de la raíz del frijol, en respuesta a los factores de nodulación. Otro de los enfoques que estamos siguiendo para lograr nuestros objetivos es la caracterización de plantas de frijol que son incapaces de formar los nódulos y determinar en qué parte del proceso simbiótico están bloqueadas. Con estos enfoques estamos empezando a entender a nivel celular y molecular cómo es que este proceso ocurre en el frijol. Nuestro interés es que este conocimiento básico generado en el laboratorio, nos permita a mediano y largo plazo, incidir en aspectos aplicados del cultivo de esta leguminosa.


La Dra. Quinto Hernández realizó sus estudios de Química Farmaceútica Bióloga en la Universidad Motolinía, incorporada a la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), obteniendo Mención Honorífica por la presentación y defensa de su tesis. Cursó la Maestría en Investigación Biomédica Básica en el Instituto de Investigaciones Biomédicas (UNAM) e hizo un entrenamiento de Posgrado en el Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Universidad de California en San Francisco, EUA de 1979 a 1981. Actualmente es Investigadora Titular “C” de Tiempo Completo en el Instituto de Biotecnología de la UNAM, especializada en la Biología Celular y Molecular de la Interacción Planta-Microorganismo, teniendo como modelo de estudio la simbiosis Rhizobium etli-Frijol. Es miembro desde 1987, del Sistema Nacional de Investigadores, teniendo actualmente Nivel III y a la fecha ha publicado más de 50 artículos en revistas indexadas de difusión internacional.