Nuevos agentes con potencial para el control biológico
El control biológico es un conjunto de técnicas que utiliza medios naturales, en particular, otros organismos vivos para inhibir el desarrollo de la población considerada plaga
Existen estrategias básicas para el control biológico de plagas, donde se introduce un enemigo natural (predador) con el objetivo de lograr su control, mitigando así daños al medio ambiente. La investigación continúa y se detectan nuevos agentes con potencial de incorporarse a la práctica comercial
Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica
Muchas plagas, incluidos artrópodos, malezas y microrganismos patógenos, afectan adversamente la producción agrícola. El manejo de estos agentes se sigue basando en el uso de plaguicidas químicos sintéticos, que eventualmente pueden causar daños a la salud del agricultor y sin dudas, al medio ambiente. Por esta razón, se torna indispensable explorar el potencial existente para el desarrollo de métodos más adecuados del control de plagas, con énfasis en las tácticas de aspectos biológicos y ecológicos.
Los enemigos naturales de las plagas son de enorme valor para la agricultura sostenible y pueden reemplazar o reducir la necesidad del uso de agrotóxicos, por lo que existe una tendencia aumentar el control biológico, satisfaciendo las demandas estándares internacionales para el uso de prácticas agrícolas menos agresivas para el ambiente en el tratamiento de plagas exóticas y nativas.
Los microorganismos constituyen la mayor parte de la biodiversidad del planeta, estimada en 3,1 millones de especies, pero sólo se ha logrado describir alrededor del 5%, y un pequeño porcentaje del total estimado, 1,5 millones, pertenecen a los hongos.
Las estrategias de prospección más elaboradas apuntan a explorar microorganismos de la mayor diversidad de hábitats posible y, tradicionalmente, a la actividad biológica de estos se ha accedido mediante métodos que involucran aislamiento, cultivo y mantenimiento del organismo en cultivo axénico (puro) para su conservación y experimentación in vivo e in vitro. A pesar de la naturaleza fastidiosa (crecimiento lento y necesidad de condiciones y medios de cultivo específicos) de algunos hongos, y el hecho de que las técnicas de cultivo pueden predisponer a los microorganismos a disrupción celular durante el muestreo y procesamiento posterior, los microorganismos cultivables son una fuente invalorable de agentes de control biológico.
Metodologías moleculares desarrolladas en las últimas décadas e impulsadas por los avances en biología molecular, genómica (área de la ciencia que investiga y desarrolla tecnología para la investigación de la estructura y organización de los genes de un organismo particular), metagenómica (designación colectiva de genomas de la microbiota total encontrada en una comunidad) y bioinformática (recopilación y almacenamiento de información en bases de datos, análisis y síntesis de información con el fin de generar conocimientos) se han optimizado y adaptado para superar el aislamiento y cultivo de microorganismos
Tal enfoque implica la lisis de células microbianas en la matriz del suelo, la extracción de ácidos nucleicos y el análisis de secuencias diana en las muestras mezclas de ADN de diferentes organismos utilizando la hibridación con sondas específicas de grupo. Por ejemplo, esta estrategia fue adoptada como una herramienta para la detección e identificación de especies de Trichoderma, un hongo que no sólo representa una gran parte de la biomasa en diferentes tipos de suelos, sino también por su potencia en el control de una amplia gama de fitopatógenos inclusive, nematodos.
A continuación, se presentan ejemplos de investigaciones en el área, con resultados extremadamente exitosos.
Dos opciones para controlar Fusarium en maracuyá o fruta de la pasión
Las plántulas y frutos frescos de maracuyá (Passiflora edulis) son de alto valor en el comercio mundial. Fusarium solani es uno de los principales agentes causantes de enfermedades que afectan a las frutas de la pasión. Se estudiaron formas de desarrollar agentes de biocontrol basados en Bacillus (bacteria cuyo hábitat natural es el suelo) para el manejo de enfermedades por Fusarium en maracuyás e investigar sus supuestos mecanismos de control.
Los estudios indicaron que B. subtilis YBC y 151B1 muestran actividad antagónica a F. solani contaminantes de estas plantas e inhibieron la germinación de sus conidios. La aplicación de cultivos de caldo de B. subtilis 151B1 y YBC redujo la gravedad de la enfermedad del marchitamiento por Fusarium en las hojas de maracuyá y mejoró las tasas de supervivencia de las plántulas desafiadas con F. solani.
Con respecto a los supuestos mecanismos de control de enfermedades, los resultados indicaron que los tratamientos que consisten en los respectivos filtrados de cultivo de B. subtilis 151B1 causaron una morfología conidial aberrante y pérdida de la integridad de la membrana celular interfiriendo con el metabolismo energético del patógeno.
Además, los tratamientos provocaron reducciones en el potencial de la membrana mitocondrial e interfirieron con el metabolismo energético de F. solani; también elevaron la acumulación de especies reactivas de oxígeno y dieron como resultado la externalización de fosfatidilserina (fosfolípido, componente esencial de las membranas plasmáticas), la condensación de cromatina y la fragmentación del ADN, lo que sugiere su función en el desencadenamiento de una muerte celular similar a la apoptótica (muerte celular programada).
Estas cepas de B. subtilis 151B1 y YBC son agentes potenciales de biocontrol de la enfermedad del maracuyá causada por este hongo. Su eficacia de control puede resultar de las surfactinas (lipopéptido surfactante) producidas por la bacteria responsables de estos efectos.
También, científicos aislaron una bacteria identificada como Bacillus velezensis con efecto inhibidor del desarrollo del hongo Fusarium solani, patógeno que causa la pudrición basal del tallo en el maracuyá.
Se purificó un tipo de péptido antifúngico de aproximadamente 1,5 kDa (kiloDaltons) de peso molecular (denominado BVAP) a partir del caldo de cultivo de B. velezensis, y se identificó como fengicina. BVAP suprimió el crecimiento micelial de F. solani con una dosis letal media de 5,58 μg/mL, superior a la de los fungicidas químicos thiram (41,24 μg/mL) e himexazol (343,31 μg/mL).
La actividad antifúngica se mantuvo estable después de la exposición a 50-100 °C, y posterior incubación con soluciones de pH entre 1-3. Investigaciones posteriores revelaron que BVAP aumenta la permeabilidad de la membrana micelial de F. solani, provocando una “inflamación” en los extremos de las hifas y llevando a una acumulación anormal de ácidos nucleicos y quitina en estos sitios. Estos hallazgos indican que BVAP posee un notable poder de control biológico de F. solani.
Manejo sincronizado de enfermedad y plaga en tomate
Por otro lado, la mayoría de los enfoques para el biocontrol de plagas y enfermedades han utilizado un solo agente de biocontrol como antagonista de una sola plaga o patógeno. Esto explica la inconsistencia relativamente frecuente en el desempeño de los agentes de biocontrol.
El desarrollo de una bioformulación que posea una mezcla de bioagentes podría ser una opción viable para el manejo de las principales plagas y enfermedades en plantas de cultivo.
Se probó una bioformulación que contenía una mezcla de Beauveria bassiana (un hongo Ascomiceto que existe naturalmente en los suelos de todo el mundo; entomopatógeno, provoca una enfermedad mortal en varios insectos) y Bacillus subtilis contra el marchitamiento provocado por Fusarium en el fruto de tomate en condiciones de invernadero y de campo.
La bioformulación con aislados de estas dos especies de microorganismos redujo efectivamente la incidencia de marchitez por Fusarium (Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici) y también los estudios in vitro mostraron una mayor mortalidad de larvas de Helicoverpa armigera, agente causal del barrenador del fruto del tomate, en comparación con la aplicación individual de aislados por separado y tratamientos de control. Cuando las plantas fueron tratadas con la combinación de ambos, se demostró una mayor acumulación de enzimas de defensa como la lipoxigenasa, la peroxidasa y la polifenoloxidasa contra los patógenos.
Además, se observó un aumento significativo en los parámetros de crecimiento y rendimiento en las plantas de tomate tratadas con ambas especies (Beauveria y Bacillus) en comparación con las bioformulaciones individuales y el control sin tratar. Los resultados muestran la posibilidad de un manejo sincrónico de la plaga del barrenador del fruto del tomate y la enfermedad del marchitamiento de manera sostenible.
Bacterias para controlar Sclerotium rolfsii en cacahuete
Fueron aisladas bacterias endófitas de semillas de maní (cacahuete), las cuales exhibieron actividades antagónicas fuertes contra Sclerotium rolfsii, y evaluada la eficacia de biocontrol de la pudrición del tallo del maní explorándose su mecanismo antifúngico. Dentro de ellas, la cepa Bacillus velezensis LHSB1 mostró un 93,8% de inhibición del crecimiento radial de las hifas de S. rolfsii y exhibió una actividad antagónica evidente contra otras especies de hongos patógenas del maní.
Redujo significativamente la incidencia de la enfermedad y la gravedad de la pudrición del tallo. La eficacia del biocontrol alcanzó el 62,6-70,8 %, significativamente mayor que la de carbendazima, antifúngico comercial.
Análisis revelaron que el filtrado de cultivo de LHSB1 inhibía significativamente la formación y germinación de esclerocios, provocaba anomalías y daños en la integridad de la membrana de las hifas de S. rolfsii, lo que podría ser el posible modo de acción de LHSB1 contra este patógeno. Tres lipopéptidos antifúngicos, bacilomicina A, surfactina A y fengycina A, fueron detectados en extractos de cultivo de LHSB1, que podrían ser responsables de la actividad de biocontrol de LHSB1 contra S. rolfsii.
Estos resultados sugieren que el B. velezensis LHSB1 endófito transmitido por semillas sería un poderoso agente para el control biológico de la pudrición del tallo del maní causada por S. rolfsii, proporcionando así una cepa candidata de biocontrol endófito y revelando su mecanismo antifúngico.
Compuestos orgánicos volátiles para proteger las plantas de aguacate
Estudios recientes mostraron que los compuestos orgánicos volátiles (COV) bacterianos juegan un papel importante en la supresión de fitopatógenos. Por lo tanto, se investigó la capacidad de los COV producidos por las rizobacterias del aguacate (Persea americana Mill.) para suprimir el crecimiento de los patógenos comunes de esta planta.
Fueron analizados la actividad antifúngica de los COV segregados por las rizobacterias del aguacate frente a Fusarium solani, y en posteriores ensayos de antagonismo, frente a Fusarium sp., Colletotrichum gloeosporioides y Phytophthora cinnamomi, responsables de la muerte regresiva por Fusarium, la antracnosis y la pudrición de la raíz por Phytophthora en aguacate, respectivamente.
Aislados, pertenecientes a los géneros bacterianos Bacillus y Pseudomonas, redujeron el crecimiento micelial de F. solani con porcentajes de inhibición superiores al 20%. El aislado de Bacillus amyloliquefaciens, redujo significativamente el crecimiento micelial de Fusarium sp. y C. gloeosporioides y la densidad del micelio de P. cinnamomi.
Otros aislados también miembros del género Bacillus, redujeron el crecimiento micelial de Fusarium sp y las alteraciones morfológicas inducidas en la planta por las hifas fúngicas.
También fue estudiado la composición de los perfiles volátiles bacterianos. El análisis reveló la presencia de cetonas, pirazinas y compuestos azufrados, previamente reportados con actividad antifúngica. En conjunto, estos resultados respaldan el potencial de las rizobacterias del aguacate para actuar como agentes de control biológico de los patógenos fúngicos de esta especie y enfatizan la importancia de Bacillus spp. para el control de enfermedades emergentes del aguacate como Fusarium dieback.
Comunidades microbianas para la salud del suelo
La marchitez del banano (Musa spp.) causada por el hongo patógeno Fusarium oxysporum es una enfermedad típica transmitida por el suelo, que devasta severamente los cultivos bananeros en todo el mundo.
Para comprender la relación entre las especies microbianas y el marchitamiento por Fusarium, es importante comprender la diversidad microbiana de los suelos libres y contaminados por Fusarium de los campos de banano. Según el análisis de secuenciación de los genes bacterianos 16S rRNA y las secuencias del espaciador transcrito interno (ITS) fúngico, la abundancia de la riqueza fúngica fue mayor en los suelos enfermos. Aunque Ascomycota y Zygomycota fueron los filos de hongos más abundantes en todas las muestras estudiadas de suelo, la abundancia de Ascomycota se redujo significativamente en los suelos libres de enfermedades.
Con respecto a los filos bacterianos, Proteobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Actinobacteria, Gemmatimonadetes, Bacteroidetes, Nitrospirae, Verrucomicrobia y Planctomycetes fueron dominantes en todas las muestras de suelo libre de enfermedades. En particular, Firmicutes, Bacillus, Lactococcus y Pseudomonas; en suelos enfermos se encontraron en abundancias menores. Las características de distribución de los géneros de hongos y bacterias pueden contribuir a la menor presencia de patógenos en los suelos libres de enfermedades. Estos géneros específicos son útiles para construir una estructura de suelo de comunidad microbiana saludable.
Por otro lado, el banano es un alimento básico y una fruta clave en países de todo el mundo. Sin embargo, el desarrollo de los cultivos a nivel mundial está seriamente amenazado por la enfermedad del marchitamiento causada por Fusarium oxysporum. Hasta ahora, no había productos químicos comerciales ni cultivares resistentes disponibles para controlar la enfermedad. El control biológico con actinomicetos se considera una estrategia prometedora.
Streptomyces sp. BITDG-11, potencial biofertilizante y agentes de biocontrol
El control biológico utilizando microorganismos ambientales se plantea como una estrategia alternativa y sostenible. Los actinomicetos tienen el potencial de ser agentes de biocontrol debido a su producción de diversos metabolitos. El aislamiento e identificación de actinomicetos antagonistas de amplio espectro y alta eficiencia son claves para la aplicación de agentes de biocontrol.
Aislados de suelo, bacterias del género Streptomyces sp, llamado BITDG-11, y sus extractos exhibieron una actividad antifúngica significativa contra F. oxysporum, además de sintetizar IAA (ácido indol acético, auxina importante para el desarrollo de las plantas) y sideróforos (quelantes de hierro), la capacidad de reducir nitrato.
También se detectaron actividades enzimáticas de quitinasa, β-1,3-glucanasa, lipasa y ureasa.
La identidad de nucleótidos promedio calculada por comparación con el genoma de la cepa estándar de Streptomyces albospinus JCM3399 estuvo en un 86,55 % por debajo del umbral de la especie de referencia, lo que sugiere que la cepa podría ser una especie nueva. Además, esta especie cuando fue inoculada, redujo el índice de enfermedades de las plántulas de banano y promovió el crecimiento de las plantas 45 días después de la inoculación.
Los niveles de expresión más elevados y duraderos de los genes de defensa y de las actividades de las enzimas antioxidantes se indujeron en las raíces del banano. La secuenciación del genoma reveló que esta especie de Streptomyces contenía un gran número de grupos de genes de biosíntesis conservados que codificaban terpenos, péptidos no ribosómicos, policétidos, sideróforos y ectoínas.
Se identificó además el ftalato de dibutilo que demostró una fuerte actividad antifúngica. Por lo tanto, Streptomyces sp. BITDG-11 tiene un gran potencial para convertirse en un componente esencial de la práctica agrícola moderna como biofertilizantes y agentes de biocontrol.
También, los extractos de la cepa identificada como Streptomyces violaceusniger aislada de suelo inhibieron el crecimiento micelial y la germinación de esporas de F. oxysporum, al destruir la integridad de la membrana y la ultraestructura de las células. El genoma completo de la cepa se secuenció y reveló varios grupos de genes de función clave que contribuyen a la biosíntesis de metabolitos secundarios con actividad antifúngica. Se identificaron varios compuestos, siendo el 5-hidroximetil-2-furancarboxaldehído uno de los componentes dominantes en los extractos.
Todos estos hallados refuerzan el potencial de determinados microorganismos como fuertes elementos para la práctica agrícola moderna con funciones de biofertilizantes y agentes de biocontrol.
Fuentes
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Imagen
Deois flavopicta (insecto del orden Hemiptera) parasitado por el micelio del hongo Metarhizium anisopliae (Imagen principal)
http://gmicsesalq.com.br/fungos-no-controle-biologico-de-pragas-e-doencas/
Acceso el 11/03/2022.
