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Instituto de Ecología

Un lenguaje común entre plantas y bacterias, y su importancia en la producción agrícola.

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Un campo reciente y fundamental de la biología se relaciona con el estudio para entender los procesos celulares y moleculares que regulan la interacción entre plantas y bacteria. Las plantas son organismos sésiles que con ayuda de su información genética regulan su crecimiento y desarrollo vegetal en respuesta a diferentes condiciones abióticas y bióticas mediante el uso de señales químicas, conocidas como hormonas vegetales o reguladores del crecimiento vegetal. Durante millones de años las plantas han convivido con diferentes bacterias que se encuentran en el suelo. Las bacterias se comunican entre sí a través de la producción y percepción de moléculas pequeñas u autoinductores bacterianos que regulan su densidad poblacional y comportamiento, a través de un proceso de comunicación celular que ha sido denominado como “quorum-sensing” (QS) o  percepción del cuórum  (Fuqua et al., 1996; Ortiz-Castro et al., 2013). Las bacterias tanto benéficas como patógenas asociadas a las plantas utilizan este sistema de QS para poder comunicarse con sus huéspedes (Hussain et al., 2008), por su parte, las plantas han desarrollado mecanismos para el reconocimiento de estos autoinductores bacterianos modulando su crecimiento y desarrollo que va desde la germinación, formación de raíces laterales, longitud de la raíz primaria,  pelos radiculares, estructuras especializadas para la toma de agua y nutrientes (Mathesius et al., 2003, Ortiz-Castro et al., 2008). Se ha descrito que bacterias que habitan la rizósfera, porción del suelo alrededor de las raíces de las plantas, son capaces de producir hormonas vegetales como el ácido indol-3-acético (AIA), la principal auxina natural que regula el crecimiento y desarrollo de las plantas (Spaepen et al., 2007).

En un estudio previo publicado en la prestigiada revista Proceedings of the National Academy of Sciences demuestra que la bacteria Pseudomonas aeruginosa, una bacteria patógena oportunista tanto de plantas, insectos y humanos, produce moléculas señales que mimetizan a las hormonas vegetales como el AIA. Evaluando la interacción entre P. aeruginosa y Arabidopsis thaliana, reconocida como un modelo de estudio de plantas, se demostró que el mecanismo de QS de la bacteria P. aeruginosa es el responsable de la biosíntesis de tres ciclodipeptidos (CDPs), ciclo (Pro-Val), ciclo (Pro-Tyr) y ciclo (Pro-Phe),  que inducen el crecimiento vegetal de A. thaliana en la interacción in vivo con la bacteria en ensayos in vitro (Ortiz-Castro et al., 2011). Interesantemente, pruebas a nivel de invernadero en plantas de tomate crecidas con los CDPs incrementan el crecimiento vegetal y se reduce hasta en un 50% el uso de fertilizantes químicos representando una ventaja en los gastos de producción y amigable con el ambiente (Ortiz-Castro et al., 2017). Este efecto promotor de los CDPs ha sido susceptible de patentamiento ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial resaltando la originalidad, importancia biotecnológica y aplicada del estudio.

 

Palabras clave: Interacción planta-bacteria, quorum-sensing, bacterias PGPRs, biofertilizantes.

Referencias

Fuqua C, Winans SC, Greenberg EP. (1996) Census and consensus in bacterial ecosystems: The LuxR-LuxI family of quorum-sensing transcriptional regulators. Annu. Rev. Microbiol. 50:727-751.

Hussain MB, Zhang HB, Xu JL, Liu Q, Jiang Z, Zhang LH. (2008) The acyl-homoserine lactone-type quorum-sensing system modulates cell motility and virulence of Erwinia chrysanthemi pv. zeae. J. Bacteriol. 190:1045-1053.

Mathesius U, Mulders S, Gao M, Teplitski M, Caetano-Anollés G, Rolfe RG, Bauer WD. (2003). Extensive and specific responses of a eukaryote to bacterial quorum-sensing signals. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:1444-1449.

Ortiz-Castro R, López-Bucio JS, López-Bucio J (2017) Physiological and molecular mechanisms of bacterial phytostimulation. Advances in PGPR Research. Harikesh Bahadur Singh, Birinchi K Sarma, Chetan Keswani (Eds). CABI. pp. 16-28.

Ortiz-Castro R, Díaz-Pérez C, Martínez-Trujillo M, del Río, Campos-García J, López-Bucio J. (2011) Transkingdom signaling based on bacterial cyclodipeptides with auxin activity in plants. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 (17): 7253-7259.

Ortiz-Castro R, López-Bucio J. (2013) Small molecules involved in transkingdom communication between plants and rhizobacteria. Molecular Microbial Ecology of the Rhizosphere. Frans J. De Bruijn (Ed). Vol. I, Wiley-Blackwell, New Jersey. pp. 295-307.

Ortiz-Castro R, Martínez-Trujillo M, López-Bucio J. (2008) N-acyl-L-homoserine lactones: A class of bacterial quorum-sensing signals alter post-embryonic root development in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Environ. 31:1497-1509.

Spaepen S, Vanderleyden J, Remans R. (2007) Indole-3-acetic acid in microbial and microorganism-plant signaling. FEMS Microbiol. Rev. 31:425-448.

 

Descripción del autor.

Nombre: Randy Ortiz Castro

E-mail: randy.ortiz@inecol.mx; rortizca@conacyt.mx

 

El Dr. Ortiz-Castro realizó sus estudios de licenciatura en la Facultad de Biología de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, posteriormente sus estudios de posgrado maestría y doctorado en Biología Experimental en el Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana. Actualmente está adscrito al Instituto de Ecología A.C. en la Red de Estudios Moleculares Avanzados como Catedrático-CONACYT desde el 2014 a la fecha y sus líneas de investigación se centran en el entendimiento de los mecanismos moleculares de la interacción planta-microorganismo.



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