L’agromicrobioma: els microorganismes de les arrels de plantes de conreu

Click here for the english version:   Agromicrobiome: microorganisms from the roots of crop plants

Tots els que hem estudiat “Bios” diverses tenim present els dos aspectes més coneguts de les relacions simbiòtiques de les arrels de les plantes amb els microorganismes:

1) Per un costat els nòduls dels bacteris Rhizobium a les arrels de les lleguminoses (Figura 1). Aquests bacteris, amb el seu complex nitrogenasa, són dels pocs organismes capaços de fixar el N2 atmosfèric transformant-lo a nitrogen orgànic, que la planta aprofita, i a canvi aquesta li proporciona compostos orgànics al bacteri. Gràcies a aquests bacteris, plantes com les lleguminoses no necessiten adobs nitrogenats.

Fig1 noduls RhizobiumFigura 1. Nòduls de Rhizobium

2) Les micorizes, o sigui, les relacion simbiòtiques entre els fongs i les arrels de les plantes. El cas més popularment conegut és el dels bolets que trobem sempre associats a determinats arbres (Figura 2), com els rovellons associats als pins. De fet, les micorizes són presents a la majoria de plantes. Gràcies a aquesta simbiosi, els fongs reben nutrients orgànics de la planta, i aquesta pot absorbir més fàcilment aigua i nutrients minerals (sobretot P, Zn i Cu) a través del fong. A més, les micorizes incrementen la resistència de les plantes a les malalties provinents del sòl i permeten que colonitzin terres ermes.

Fig2 shannon-wright-networkFigura 2. Micorizes de bolets amb arbres. Imatge treta de Shannon Wright

Però aquests només són els més coneguts de les relacions simbiòtiques entre els microorganismes i les arrels de les plantes. De fet, com que el sòl és ple de microorganismes, molts d’aquests, ja siguin bacteris, fongs, algues, protozous o virus, tenen efectes beneficiosos, simbiòtics o no, sobre les plantes. I el que és biotecnològicament més interessant, cada cop s’estan veient més possibles aplicacions d’aquests microorganismes en benefici de les plantes conreades, que poden ser una bona alternativa a l’ús d’adobs i plaguicides.

Els diversos microorganismes poden tenir efectes positius directes en la nutrició vegetal com la comentada fixació de nitrogen, la mineralització de compostos orgànics, i la solubilització d’elements no disponibles per a la planta (com fosfats, K, Fe), però també efectes positius indirectes, com la producció d’hormones i factors de creixement, o la protecció enfront a patògens (García 2013).

Així doncs, hi ha un interès creixent en el control biològic dels patògens vegetals. S’ha comprovat que alguns d’aquests patògens són inhibits per antibiòtics produïts per microorganismes de la rizosfera (Raaijmakers et al 2002). Ja fa alguns anys que s’utilitzen bacteris (bacterització) al sòl o amb les llavors o altres parts vegetals a plantar, amb l’objectiu de millorar el creixement o la salut de la planta.

Uns dels bacteris més coneguts i utilitzats en aquest sentit han estat els Bacillus i Paenibacillus. Diverses espècies d’aquests gèneres de bacteris esporulats aerobis són abundants als sòls agrícoles i poden promoure la salut dels vegetals de diferents maneres, suprimint patògens amb metabòlits antibiòtics, estimulant les defenses vegetals, facilitant la captació de nutrients per la planta, o promovent les simbiosis amb Rhizobium o amb micorizes (McSpadder 2004).

El gènere Paenibacillus fou reclassificat a partir de Bacillus el 1993, i inclou P. polymyxa, espècie que fixa N2 i és utilitzat en agricultura i horticultura. Aquesta i altres espècies de Paenibacillus presenten formes colonials complexes i regulars en agar, fins i tot sorprenents (Figura 3), i que varien segons les condicions del medi. Per a això, cal un comportament cooperatiu i autoorganitzatiu entre les cèl.lules bacterianes individuals, que utilitzen un sistema de comunicació química. Aquest comportament social bacterià seria precursor evolutiu dels organismes pluricel·lulars.

Fig3 colonies paenibacillus

Figura 3. Colònies de Paenibacillus dendritiformis, de 6 cm diàmetre cadascuna, morfotips ramificat (esquerra) i quiral (dreta). Tret de Wikipedia Creative Commons.

S’ha demostrat la colonització de les arrels de les plantes per aquests bacteris, i que ho fan mitjançant la formació de biofilms (Figura 4). La inoculació d’aquests bacteris a les arrels promou el creixement, com veiem en les pebroteres de la Figura 5. Sembla que això seria degut per un costat a la fixació bacteriana de nitrogen, que augmenta la formació de proteïnes vegetals i també de clorofil·la, amb la qual cosa augmenten les activitats fisiològiques i la fotosíntesi. I per un altre costat, s’ha vist que aquests bacteris produeixen sideròfors que faciliten la captació de Fe per a la planta (Lamsal et al 2012).

Fig4 root tip PaeniFigura 4. Colonització de Paenibacillus polymyxa i formació de biofilm sobre arrel d’Arabidopsis thaliana. Adaptat de Timmusk et al 2005.

40(4) 07.fmFigura 5. Efecte promotor del creixement de pebroteres (Capsicum annuum) per inoculació de Bacillus subtilis (AB17) i de Paenibacillus polymyxa (AB15), respecte al control sense inocular. Tret de Lamsal et al. 2012.

D’altra banda, bacteris com aquests Paenibacillus poden ser eficaços contra patògens de vegetals. Per exemple, s’ha demostrat que una soca de P. lentimorbus (B-30488r) redueix la incidència de la malaltia que el fong Alternaria solani li fa a la tomaquera. S’ha comprovat (Figura 6) que després d’inocular  Paenibacillus a la planta infectada amb Alternaria, s’indueix una resistència al fong en la planta, el bacteri degrada les parets cel·lulars del fong i a més l’inhibeix per competència de nutrients. A més, s’ha comprovat que Paenibacillus no té cap efecte negatiu sobre la població microbiana de la rizosfera del tomàquet (Khan et al 2012). Aquests tractaments són una bona alternativa a l’ús de fungicides, donat els problemes ambientals i de salut d’aquests compostos.

Microsoft Word - Fig. 6Figura 6. Esquema de la influència de Paenibacillus lentimorbus B-30488r en les interaccions de la tomaquera amb el fong patogen Alternaria solani (Khan et al 2012).

Finalment, aquests Paenibacillus també poden ser útils per evitar la transmissió de patògens humans com Salmonella a través de les plantes de conreu. Efectivament, a la costa Est dels USA fa uns anys es van detectar brots de Salmonella als tomàquets, degut a contaminació de les aigües de reg. Quan es van analitzar els microbiomes presents a les arrels d’aquests tomàquets i es van comparar amb els d’altres llocs sense Salmonella on també hi havia hagut contaminació, es va veure que aquests tomàquets de la costa Est no tenien Paenibacillus, que sí que hi eren als altres llocs. Amb això, van recòrrer a inocular els tomàquets amb diversos Paenibacillus i van comprovar que Salmonella desapareixia. De les diverses soques inoculades, en van seleccionar una de més eficaç, P. alvei TS-15, per a la qual es va obtenir una patent com a agent biocontrol de patògens humans d’origen alimentari (Brown et al. 2012).

Així doncs, els coneixements de la microbiota del sòl i les múltiples formes d’interrelacions entre microorganismes i plantes porten a trobar noves estratègies d’utilització de microbis “bons” per prevenir problemes de transmissió de patògens en la seguretat alimentària, i al mateix temps, poden ser una bona alternativa ecològica a l’ús massiu de pesticides.

Bibliografia

Brown EW, Zheng J, Enurach A, The Government of USA (2012) Peanibacillus alvei strain TS-15 and its use in controlling pathogenic organisms. Patent WO2012166392, PCT/US2012/038584

Conniff R (2013) Super dirt. Scientific American 309, sept, 76-79.

Conniff R (2013) Tierra prodigiosa. Investigación y Ciencia 446, nov, 68-71.

García, Sady (2013) Los microorganismos del suelo y su rol en la nutrición vegetal. Simposium Perú “Manejo nutricional de cultivos de exportación”. Slideshare.net

Khan N, Mishra A, Nautiyal CS (2012) Paenibacillus lentimorbus B-30488r controls early blight disease in tomato by inducing host resistance associated gene expression and inhibiting Alternaria solani. Biological Control 62, 65-74

Lamsal K, Kim SW, Kim YS, Lee YS (2012) Application of rhizobacteria for plant growth promotion effect and biocontrol of anthracnose caused by Colletotrichum acutatum on pepper. Mycobiology 40, 244-251.

McSpadden Gardener BB (2004) Ecology of Bacillus and  Paenibacillus spp. in agricultural systems. Phytopathology 94, 1252-1258

Raaijmakers JM, Vlami M, De Souza JT (2002) Antibiotic production by bacterial biocontrol agents. Antonie van Leeuwenhoek 81, 537-547

Sánchez, Manuel. http://curiosidadesdelamicrobiologia.blogspot.com.es/2012/01/la-compania-de-transporte-paenibacillus.html

Timmusk S, Grantcharova N, Wagner EGH (2005) Paenibacillus polymyxa invades plant roots and forms biofilms. Applied and Environmental Microbiology 71, 7292-7300

Viquipèdia: http://ca.wikipedia.org/wiki/Micoriza

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Paenibacillus_dendritiformis

Advertisements

About Albert Bordons

Professor at "Universitat Rovira i Virgili" in Tarragona. Born in Barcelona 1951. Scientific areas: microbiology, biochemistry, biotechnology, oenology. I like: nature, biological sciences, photography, mountains, ... Languages: catalan (first one), spanish, french, english and some italian.

Posted on 11 Novembre 2013, in Bacteris, Biotecnologia, Simbiosis and tagged , , , , , . Bookmark the permalink. 1 comentari.

  1. zazuch73@gmail.com

    Molt interessant!!!

    Arántzazu

    Enviado desde mi iPad

    > El 11/11/2013, a las 19:27, BIOS i altres escribió: > > >

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s

No sé ni cómo te atreves

Fotografía y esas pequeñas cosas de cada día

Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Life Secrets

For my students

All you need is Biology

Blog professional sobre Biologia · Blog profesional sobre Biología · A professional blog about Biology

Rambles of a PA student

Caffeinated forays into biological imaginings.

Horitzons llunyans

Mirades distants

#4wine

Los vinos son pequeñas historias dentro de una botella y nosotras queremos contarte las nuestras

Vi·moments·persones

Un maridatge a tres bandes

SciLogs: Artificial, naturalmente

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

microBIO

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

RealClimate

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Què Qui Com

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Dionís de viatge a Ítaca

Experiències enoturístiques

%d bloggers like this: