En la naturaleza, plantas como las leguminosas pueden interaccionar con microorganismos del suelo para verse beneficiados mutuamente, estableciendo así una relación simbiótica. Pero no sólo eso: de entre toda la microbiota presente en la tierra, estas plantas son capaces de diferenciar a un organismo patógeno de uno simbionte; cómo lo logran es una pregunta abierta.

Encontrar las respuestas permitirá mejorar la comunicación e interacción entre ambas partes, lo que redundará en un mayor rendimiento en cultivos como el frijol, explicó Luis Cárdenas, jefe del Departamento de Biología Molecular de Plantas del Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM.

El científico forma parte de un consorcio encargado del estudio de las interacciones mutualistas –integrado también por el laboratorio de María del Carmen Quinto Hernández–, donde la meta es entender cómo ambos simbiontes (planta y microorganismos) interaccionan entre sí para verse beneficiados mutuamente.

En específico, centran sus estudios en plantas leguminosas, entre ellas frijol, soya, garbanzo, haba, lenteja y chícharo, que establecen ese tipo de asociaciones con bacterias de la familia Rhizobia. Esta interacción se basa en un intercambio donde la planta proporciona a la bacteria carbono para que pueda vivir, y ésta le da a cambio nitrógeno.

Eso es posible porque las Rhizobium tienen la capacidad de hacer una fijación biológica del nitrógeno, que permite transformar el nitrógeno molecular presente en la atmósfera en compuestos que la leguminosa pueda utilizar, como el amonio. Así, se forman moléculas como las proteínas, y otras que requieren nitrógeno, dotándola de mayores probabilidades de sobrevivir en suelos pobres.

La relación, ejemplificó el universitario, se establece como un vínculo amoroso: hay un diálogo molecular inicial en el que se determina si hay o no un “click”, pues hay muchas bacterias que pertenecen a esa familia, pero cada una tiene su “huésped” adecuado: soya, frijol, alfalfa o chícharo, entre otros, de tal manera que esta interacción puede ser altamente específica.

Para que se establezca la relación, la planta secreta una molécula señal (compuestos fenólicos) que reconoce la bacteria; ahora es la bacteria quien produce una segunda molécula señal que la raíz de la planta huésped detecta. Entonces ocurre un diálogo molecular y la planta permite el acceso a sus células más internas, donde finalmente se forma un nódulo, dentro del cual las bacterias viven y fijan el nitrógeno atmosférico. Así se efectúa la simbiosis.

Frijol

México ha dado origen a dos cultivos sumamente importantes, de trascendencia mundial: el maíz y el frijol. Para sus investigaciones, Cárdenas eligió el segundo, por ser uno de los elementos más importantes en la dieta de los mexicanos y la fuente más accesible de proteína para la mayoría de la población.

Estudiar cómo se llevan a cabo las interrelaciones simbióticas entre el frijol y sus bacterias puede derivar en una mayor productividad de los cultivos. Por ejemplo, se puede hacer que la planta sea más competente en asimilar el nitrógeno, o que las bacterias sean más eficientes.

 “En la medida que mejoremos este tipo de relaciones simbióticas, dependeremos menos de los fertilizantes”; nuestros ancestros lo sabían y por eso hacían rotación de cultivos: sembraban una temporada frijol, que enriquece el suelo con nitrógeno, y después el maíz, que puede aprovecharlo, ejemplificó Luis Cárdenas.

En la parte inicial es importante estudiar las variedades de frijol y sus eficiencias de fijación del nitrógeno. En el consorcio se trabaja con alrededor de 10, pero en México hay muchas más que vale la pena analizar.

Además, gran parte de la microbiología del suelo aún no se entiende; por ejemplo, cómo la microbiota en la zona de la raíz actúa de manera sinérgica con las bacterias Rhizobium para hacer un trabajo más eficiente.

Por parte de la planta también están abiertas las posibilidades, pero siempre tomando en cuenta que cada suelo posee condiciones particulares de pH, salinidad y composición, que permiten que una cepa sea más eficiente que otra. Así, “hay muchas oportunidades para mejorar estos cultivos de acuerdo con la región”.

La raíz también se vuelve un nicho importante para el avance de las bacterias que contribuirán al desarrollo de la planta. Así, muchas de las que son benéficas para el crecimiento de la raíz ayudan a contender con los microorganismos que pueden resultar patógenos. Es decir, que las bacterias amigas pueden ayudar a la raíz a contender contra las enemigas. Es por esto que resulta importante entender estas interacciones.

El experto también trabaja en otras relaciones mutualistas, como las micorrícicas, que es la asociación de la planta con un hongo benéfico. Es una de las más fascinantes y antiguas de la naturaleza, que data de hace 460 millones de años.

Cuando las plantas colonizaron el planeta se encontraron en un ambiente donde las condiciones de nutrientes eran limitadas; los hongos micorrícicos fueron un aliado importante, porque les permitieron asimilar fuentes importantes de nutrientes como el fósforo y así subsistir.

Para sus investigaciones, Cárdenas y sus colaboradores se valen de la bioquímica, de la biología celular y molecular, y de instrumentos como microscopios confocales de última generación.

 “De esta manera podemos saber con precisión donde se localizan las proteínas dentro de la célula para entender su función durante las interacciones mutualistas”. Sus resultados se han dado a conocer en publicaciones como Plant Journal, Plant Physiology y Plant Cell, logrando obtener la portada de varias revistas y permitiendo involucrar en su trabajo científico a los estudiantes de licenciatura y posgrado.

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