Las plantas son organismos sésiles, pero altamente complejos que se encuentran en constante interacción con diversos microorganismos y su ambiente. A través de señales químicas, las plantas pueden establecer alianzas estratégicas con microorganismos, como bacterias benéficas, o incluso defenderse de otras bacterias hostiles que puedan causarle enfermedades y/o plagas. Una gran variedad de estas interacciones entre plantas y microorganismos ocurre en el suelo, lo que permite modular las respuestas de crecimiento y de defensa de las plantas. Esta comunicación subterránea es clave para la supervivencia de las especies vegetales y tiene diversas aplicaciones biotecnológicas y agrícolas.
Interacción planta-bacteria
Desde hace millones de años las plantas han desarrollado relaciones simbióticas con los microorganismos que habitan el suelo; particularmente con bacterias que les proporcionan nutrientes esenciales como nitrógeno y fósforo o que las protegen del ataque de otros patógenos y/o plagas. Un ejemplo de este tipo de interacción es el de las leguminosas y los rizobios, bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico (N2) para convertirlo en nitrato (NO3-) asimilable por las plantas. Esta relación permite que los rizobios reciban compuestos orgánicos que les permiten crecer y multiplicarse, como aminoácidos, azúcares y ácidos orgánicos. Sin embargo, no todas las interacciones son beneficiosas. Existen algunas bacterias, como Agrobacterium tumefaciens, que pueden alterar el DNA de las plantas para inducir la formación de tumores y, de esta forma, obtener un hábitat favorable para su desarrollo. Estos cambios en la estructura de las plantas causados por A. tumefaciens son regulados por una variedad de moléculas señal y/o reguladoras del crecimiento vegetal, comúnmente denominadas fitohormonas.
Quorum sensing: el lenguaje de las bacterias
Las bacterias, al igual que las plantas, interactúan o se comunican entre sí mediante la producción y detección de señales químicas que modulan el comportamiento bacteriano a través de un proceso químico denominado quorum sensing (QS, percepción de quórum). Este es un sistema que les permite coordinar comportamientos colectivos en función de la densidad poblacional. Cuando un número suficiente de bacterias detecta señales químicas específicas, activa genes que les permiten, por ejemplo, formar biopelículas, liberar toxinas o modificar la absorción de nutrientes o la inducción de tumores, como en el caso de la bacteria A. tumefaciens, que modula el crecimiento de las plantas.
Lo más interesante es que se ha detectado que, en algunos casos, las plantas son capaces de captar estos mensajes bacterianos y actuar en consecuencia. Esto significa que pueden responder a estas señales modificando su metabolismo y produciendo compuestos defensivos que inhiben el crecimiento de bacterias patógenas o, en el caso de las bacterias beneficiosas, favorecen su desarrollo y estimulan su colonización (figura 1).
Reguladores del crecimiento vegetal o fitohormonas
Las bacterias, por lo tanto, no sólo se comunican entre sí, sino que también influyen en la fisiología de las plantas mediante la producción de fitohormonas. Estas regulan la vida de las plantas, al igual que nuestras hormonas afectan nuestro crecimiento y nuestra respuesta al estrés. Algunas bacterias del suelo producen auxinas, lo que promueve el crecimiento de las raíces y mejora la absorción de nutrientes; otras inducen la producción de ácido salicílico, una hormona clave en la defensa contra las infecciones. La relación entre el quorum sensing y las fitohormonas es crucial para el equilibrio entre el crecimiento y la defensa. Cuando una planta detecta señales bacterianas, puede ajustar su producción de fitohormonas para favorecer la asociación con bacterias beneficiosas o activar defensas contra patógenos.
Esto demuestra que la comunicación entre plantas y bacterias no sólo es reactiva, sino que puede ser estratégica, ajustando su fisiología en función del ambiente microbiano que las rodea.
Aplicaciones biotecnológicas
Comprender estos procesos de interacción planta-bacteria permite desarrollar nuevas estrategias para mejorar la producción agrícola, generando alternativas a los fertilizantes y pesticidas químicos comunes. El uso de bacterias beneficiosas como promotoras del crecimiento y agentes de control de enfermedades es un método prometedor para hacer frente a los desafíos de la seguridad alimentaria y de la conservación del medio ambiente (figura 2).
Los autores reconocen al Centro Nacional de Supercómputo (CNS) del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica A.C. (IPICYT A.C.) por los recursos computacionales proporcionados mediante el proyecto TKII-E-0325-I-280325-64/PR-64.
*Red de Estudios Moleculares Avanzados, INECOL A.C.