Los microorganismos endófitos tienen múltiples perspectivas de aplicación en agricultura
- Los microorganismos endófitos regulan el metabolismo secundario y mejoran el desarrollo de las plantas
- Las perspectivas de aplicación en la agricultura, en la medicina y en otras áreas, son múltiples
Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica
Los microorganismos endófitos se encuentran ampliamente en todas las plantas, no tienen efectos dañinos, y son un recurso biológico vital. Promueven el crecimiento y mejoran la resistencia de las plantas a enfermedades, plagas y estrés ambiental. Además, estimulan la síntesis de importantes metabolitos secundarios lo que favorece ampliamente su aplicabilidad en la agricultura, horticultura y fruticultura, y, además, en la medicina e industria farmacéutica.
Los microrganismos endófitos son recursos diversos y valiosos existentes en la naturaleza con potencial para la explotación humana.
Existe un gran interés en el potencial de los microorganismos endófitos. Sin duda, como componentes esenciales del microecosistema vegetal, que se desarrollan en forma de comunidades multicelulares y sin causar fitopatologías, han llamado mucho la atención en los últimos años porque pueden considerarse como un sistema “microecológico” especial.
Aliados en la lucha contra estreses
Un problema importante que enfrentará la humanidad en el siglo XXI es la falta de recursos vegetales, un desafío que se ve agravado aún más por el crecimiento de la población, la degradación del suelo, la contaminación con metales pesados y la ocurrencia de factores ambientales con efecto negativo, incluidos inundaciones, sequías, salinidad, temperaturas extremas.
Esquema de la interacciones entre microorganismos y plantas. Fuente: Li, Z. et al. (2023)
Las plantas han desarrollado mecanismos de defensa para detectar y adaptarse a entornos estresantes a lo largo de la evolución, como la producción de agentes osmóticos y de enzimas para la eliminación de especies reactivas de oxígeno. Los endófitos, como eslabón esencial en la adaptación de las plantas a los cambios ambientales, juegan sin duda un papel fundamental. Su interacción con las plantas tiene un gran valor potencial para abordar de manera efectiva las dificultades a nivel de recursos vegetales.
Los metabolitos secundarios son productos formados durante el crecimiento y desarrollo de las plantas. Estas sustancias incluyen principalmente alcaloides, flavonoides, terpenoides, péptidos, fenoles y esteroles. Entre ellos, se han aislado muchas sustancias activas con efectos terapéuticos significativos, como antitumorales, antibióticos, antivirales, antidiabéticos y compuestos inmunosupresores.
Los metabolitos secundarios, esenciales en la autorregulación y defensa de las plantas
Los metabolitos secundarios son esenciales para la planta ya sea en la regulación del crecimiento, o para la autoprotección como la defensa biológica, y además en la respuesta al estrés abiótico.
Ocurre una serie de interacciones simbióticas entre los endófitos y las plantas hospederas ayudándose mutuamente a resistir los cambios ambientales de manera más efectiva por los microorganismos, y a producir compuestos biológicos en las plantas, propicios para su desarrollo.
Se han descubierto muchas sustancias metabólicas únicas en microecosistemas plantas-endófitos que proporcionan una referencia para revelar con éxito los tipos de interacciones. Por ejemplo, los microorganismos pueden estimular el crecimiento de las plantas al metabolizar el triptófano y otras moléculas pequeñas en las secreciones de las plantas, y producir hormonas vegetales, incluidos, ácido giberélico, citoquinina y análogos, además de coenzimas.
Las coenzimas también pueden inducir la transcripción de la 1-aminociclopropano-1-carboxilato (ACC) sintetasa y catalizar la formación de 1-aminociclopropano-1-carboxilato, precursor directo del etileno. Los endófitos pueden metabolizar el ACC a través de la ACC desaminasa para mejorar el estrés abiótico.
Los miembros del microbioma también producen una serie de enzimas que desintoxican las especies reactivas de oxígeno (ROS), minimizando así el estrés inducido en las plantas. Además, protegen a las plantas de los patógenos al producir antibióticos, enzimas liasas y compuestos volátiles.
Estructuras microbianas con efecto protector
Varias estructuras microbianas, como los sistemas secretores, los flagelos, los cilios y las proteínas, incluidas las proteínas efectoras, contribuyen indirectamente a las respuestas de defensa de las plantas al desencadenar los mecanismos de resistencia sistémica inducida.
Al mismo tiempo, las poblaciones microbianas involucradas en las interacciones dentro y entre las especies también mantienen un equilibrio en el ecosistema para proteger a las plantas de los patógenos, y también pueden amplificar las señales del huésped, para proporcionar mecanismos defensivos a la planta.
Inducción de metabolitos secundarios y síntesis de compuestos
Los endófitos mejoran la formación de metabolitos secundarios sintetizados por las plantas al regular la expresión de genes relacionados con estas sustancias, a través de sus vías de transducción de señales, o conducir a la formación de compuestos que alteran el material genético de las plantas y sintetizar nuevos metabolitos secundarios.
También producen muchos compuestos únicos que enriquecen el conjunto de recursos de los vegetales, como incrementar la tasa de material fotosintético, lo que favorece la eficiencia de la fotosíntesis y la actividad celular.
Los endófitos pueden sintetizar compuestos que el huésped no logra, o solo puede sintetizarlos en pequeñas cantidades, modificando el mecanismo o las vías, favoreciendo sus niveles al interferir con la regulación de la cascada transcripcional.
La interacción entre los endófitos y las plantas es también muy relevante en la producción de metabolitos secundarios con comportamiento de bioplaguicidas, lo que brinda oportunidades factibles para el desarrollo de nuevas sustancias bioactivas en el empleo de la agricultura.
Intercambio de genoma
Por otro lado, existe un intercambio de material genético entre microorganismos endófitos y planta hospedera, lo que aumenta sus diversidades genéticas, ampliando los horizontes de la investigación científica. El microbioma endófito, que está presente en todas las partes y tejidos de las plantas puede expandir el genoma de la planta y su capacidad metabólica, promoviendo una variedad de funciones que ayudan a las plantas a mantener las actividades vitales básicas, incluida la adquisición de nutrientes.
“SynComs”, comunidades microbianas optimizadas
Los microorganismos rara vez se encuentran aislados y existe una correlación positiva entre la diversidad de especies y la productividad de la comunidad en la naturaleza. Su ubicuidad destaca las posibles ventajas de las cepas endofíticas en los co-cultivos.
“SynComs” es un proceso de mezcla artificial de microorganismos de distintas especies y funciones, en ciertas proporciones, y bajo ciertas condiciones, para crear una comunidad microbiana más rica y estable.
Actualmente, la aplicación de la tecnología multiómica en estudios de metabolismo secundario para determinar las interacciones entre plantas y endófitos está cada vez más extendida. En la investigación, la multómica generalmente toma la forma de metaómica, que incluye principalmente metagenómica, macrotranscriptómica y macroproteómica. La combinación de estos métodos se puede utilizar para predecir las funciones potenciales de las comunidades endófitas.
Al mismo tiempo, se puede promover una comprensión más integral de las comunidades endófitas al determinar sus relaciones interespecíficas, comprender la competencia de nutrientes entre plantas y endófitos, y examinar el desarrollo de la comunidad.
Fuentes
Li, Z.; Xiong, K.; Wen, W.; Li, L.; Xu, D. (2023).
Functional Endophytes Regulating Plant Secondary Metabolism: Current Status, Prospects and Applications
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Imagen
https://revistapesquisa.fapesp.br/memoria-natalina/ Acceso el 27/04/2023.
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