Estudian microorganismos para desarrollar agricultura sustentable en zonas áridas

CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DE ESTUDIOS AVANZADOS

Boletín No. 43

7 de junio de 2017

Identifican cerca de ocho mil seiscientos tipos de bacterias, arqueas y hongos viviendo en asociación con las plantas de ambientes áridos

Durante su vida, animales y plantas se acompañan de muchas células que no son de origen humano, animal o vegetal; son microorganismos que mediante la simbiosis con su hospedero influyen en su funcionamiento, desarrollo y resistencia a diferentes tipos de estrés.

Al analizar el microbioma de agaváceas y cactáceas, el grupo de investigación encabezado por Laila Pamela Partida Martínez, ha develado comunidades muy diversas de microorganismos asociadas a las plantas, las cuales facilitan su adaptación a los ambientes áridos.

“Desde que las plantas nacen se exponen a un gran número de micoorganismos que se encuentran en el suelo y a partir de su germinación, incluso desde la semilla, se asocian con algunos de ellos que las acompañan en todo su desarrollo”, sostuvo Partida Martínez, investigadora del Cinvestav Unidad Irapuato.

“Existen al menos ocho mil 600 grupos microbianos asociados a agaves y cactus. Sabemos cómo se ensamblan sus comunidades y hemos identificado varios grupos de microorganismos que promueven el crecimiento vegetal, aumentando la biomasa, el contenido de proteínas y de carbohidratos, a la vez que incrementan la tasa de germinación de las semillas en condiciones de estrés hídrico”, explico la doctora en Biociencias por la Universidad Friedrich Schiller de Jena, en Alemania.

Además, los investigadores evalúan diversos compuestos orgánicos volátiles que mandan los microorganismos a la planta. Estos mensajes químicos hacen que la planta reaccione activando su crecimiento e incrementando sus defensas. “A la fecha hemos analizado los volátiles emitidos por más de 45 cepas de bacterias y hongos e identificado al menos dos moléculas que promueven el crecimiento vegetal”, mencionó la investigadora.

Este proyecto de investigación se realizó en especies del género Agave y en cactáceas, especies importantes que dominan los ecosistemas áridos y semi-áridos, los cuales representan hasta 50 por ciento del territorio del país. Además, se sabe que los agaves se originaron y diversificaron en México y que las cactáceas están ampliamente distribuidas en el continente americano.

El estudio incluyó trabajo de campo durante dos años para colectar agaves y cactus en poblaciones silvestres localizadas en Guanajuato y California, así como en campos cultivados de Agave tequilana, usado para la producción de tequila, en las zonas de denominación de origen en Guanajuato y Jalisco.

“La investigación pretende identificar microorganismos y mecanismos de interacción planta-microorganismo que coadyuven a mejorar la agricultura en zonas áridas. En éstas, las plantas necesitan soportar estrés hídrico causado por la poca disponibilidad de agua, altas temperaturas, radiación solar, cambios drásticos de temperatura y  bajo contenido de nutrientes en el suelo.

La relevancia del proyecto reside en que predicciones sugieren que las zonas áridas aumentarán alcanzando el 50 por ciento de la superficie terrestre para el 2100, debido a los efectos del calentamiento global y la desertificación; además la aplicación del conocimiento generado se puede aprovechar en diversos niveles, por ejemplo, para la producción de biofertilizantes o bioestimulantes que usan microorganismos vivos para incrementar la producción agrícola.

El estudio ha identificado microorganismos capaces de aumentar la disponibilidad de fosfato y de producir amonio a partir del nitrógeno atmosférico, dos nutrientes indispensables para el desarrollo vegetal. Estos microorganismos empleados como biofertilizantes podrían suplir la demanda parcial o completa de fertilizantes químicos en los campos agrícolas.

De hecho ya se están haciendo ensayos en jitomate y maíz con el propósito de evaluar si las plantas menos adaptadas a ambientes áridos pueden crecer mejor en ellos con el uso de los microorganismos identificados.

Para el análisis de los microorganismos se utilizó tecnología de punta, en  colaboración con investigadores del Departamento de Energía en Estados Unidos, usando secuenciación masiva del ADN, con marcadores universales de bacterias, arqueas y hongos; metagenómica de las comunidades del suelo, rizósfera y filósfera de las plantas; y de genomas de microorganismos identificados.

Con la información generada en la investigación y empleando diversas estrategias moleculares, bioquímicas y de minería de datos, comienza la elucidación de nuevas funciones que permiten la interacción entre las plantas y los microorganismos de ambientes áridos.

“Una conclusión es que existe una gran diversidad de microorganismos asociados a las cactáceas y agaves, más amplia de la anticipada; se piensa a las zonas desérticas como de menor diversidad biológica y se imagina a bosques o selvas como ambientes más ricos, pero al menos al nivel microbiano tenemos una gran diversidad en los ambientes áridos”, sostuvo Laila Pamela Partida Martínez.

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