Descubren cómo una bacteria que vive en las raíces permite que las plantas toleren condiciones de sequía

En entornos naturales o tierras de cultivo, las plantas están íntimamente asociadas a microorganismos que viven alrededor o dentro de sus raíces. En el último tiempo, un creciente número de estudios demostró el profundo impacto de estos microorganismos en el crecimiento, desarrollo y supervivencia de las plantas en condiciones adversas, por ejemplo, mejorando la tolerancia a la sequía. Sin embargo, se desconoce la mayoría de los mecanismos genéticos y moleculares detrás de esa “alianza” vital. Ahora, un consorcio internacional, del que participaron investigadores del CONICET el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires (IIBBA, CONICET- FIL), descubrió cómo una bacteria que habita en el interior de la raíz mejora la tolerancia al estrés hídrico en varias especies vegetales, incluyendo algunas de importancia económica como trigo, tomate, y colza. El hallazgo, publicado en la prestigiosa revista Nature Plants, podría propiciar el uso de bioinsumos de bajo costo en un contexto en el que se prevé una mayor frecuencia de sequías.

La bacteria Flavobacterium sp 98 (Flavo98) pertenece a un género conocido por causar enfermedades a peces de agua dulce. Desde hace algún tiempo se sabe también que otros miembros de la familia son una “ayuda oculta” para las plantas. Usando como modelo de estudio la planta Arabidopsis thaliana, el equipo de investigación liderado por la investigadora Salma Balazadeh, de la Universidad de Gotinga, Alemania, descubrió que esta bacteria tiene la capacidad de colonizar los tejidos internos de la raíz, incluyendo la región vascular, y mejorar el desarrollo de raíces laterales y de pelos radicales durante el estrés hídrico.

Las raíces laterales son órganos multicelulares complejos que crecen a partir de la raíz principal de una planta, mientras que los pelos radicales son diminutas prolongaciones de la raíz, de una sola célula, que lo que hacen es aumentar la superficie de contacto para una mayor absorción de agua y nutrientes. “La bacteria estimula su formación y elongación y vimos que, incluso, mantiene ese beneficio cuando hay baja disponibilidad de agua, justo cuando las plantas normalmente apagan el desarrollo de estos pelos”, explica José Manuel Estevez, investigador del CONICET en el IIBBA, jefe del Laboratorio de Bases Moleculares del Desarrollo Vegetal de la Fundación Instituto Leloir (FIL) y coautor del trabajo.

A nivel molecular, Flavo98 aumenta la presencia de la hormona etileno, que activa un mecanismo de señalización, llamado módulo ERF115/114–CEP5, que dirige el crecimiento de los pelos radicales, precisa Estévez.

Referente internacional en la biología de los pelos radicales, tanto Estevez como la científica de la FIL Victoria Berdion Gabarain fueron piezas centrales en el  estudio, dado que la experiencia de ambos en el conocimiento e interpretación de los datos vinculados a estas estructuras de las raíces resultó decisivo para conectar la acción de la bacteria con los mecanismos propios de la planta.

Impacto posible en la agricultura

La sequía es una de las mayores amenazas ambientales para la producción agrícola y la seguridad alimentaria y se prevé que sea cada vez más frecuente y severa:  se estima que triplicará la reducción en la producción vegetal media mundial para el último cuarto de este siglo (2075-2099) en comparación con el período 1850-1999. “Esto intensificará aún más la crisis alimentaria mundial, especialmente en los países en desarrollo. Por lo tanto, encontrar maneras de mantener (o aumentar) la productividad de los cultivos en zonas áridas se ha vuelto más urgente que nunca”, enfatizan los autores.

“Flavo98 podría usarse como bioinsumo de bajo costo y baja huella ambiental, aplicado a la raíz. Su efecto, que aparece en cultivos tan diversos como trigo, tomate, colza o camelina, ayuda a conservar el rendimiento de las semillas tras la sequía. Además, no tiene penalidades en la producción vegetal en condiciones óptimas, es compatible con otras bacterias benéficas (formulaciones que suman tolerancia a sequía y sanidad vegetal) y, al estimular la formación de más pelos radicales y raíces laterales, mejora la captación de agua y nutrientes, con potencial para reducir el uso de fertilizantes”, asegura Estevez.

Por otra parte, como el módulo ERF–CEP está conservado en muchas plantas, “también ofrece un blanco para mejoramiento o edición génica”, añade.

Por ahora, los resultados se obtuvieron en condiciones controladas y para poder llegar a aplicarlos en el campo hace falta validarlos en distintos suelos y climas, identificar las señales químicas que produce la bacteria y evaluar su desempeño dentro de comunidades microbianas complejas. Todos pasos que se convirtieron en prioridades para los autores, que ya planean cómo avanzar con la investigación.