YARED   HERNÁNDEZ    HUERTA                                                                                                                                                                      Uníversidad de Arizona

 

E1 método de control de las enfermedades en los cultivos es de suma importancia para la conservación de los recursos naturales. En las últimas décadas se ha realizado un control inade­cuado con agroquímicos, excediendo su aplicación y ocasionando un rápido deterioro de los recur­sos naturales, sin embargo el control biológico de fitopa­tógenos mediante microorganismos antagonistas ofrece una alternativa atractiva frente al uso de compuestos químicos.

Entre los microorganismos con capacidad de biocontrol están cepas bacterianas del género Pseudomonas, como P. fluorescens, la cual se encuentra de manera natural en el suelo. Diversos estudios demuestran la eficacia de estas bacterias en el control biológico de fitopatógenos debido a su gran capacidad de colonizar eficientemente la rizosfera de las plantas, la generación de antibióticos, la capacidad de solu­bilizar fósforo y potasio, generación de sideróforos y la inducción de resistencia sistémica en plantas.

Además de las características como agente de control biológico, se ha demostrado que esta bacteria también tiene la capacidad de degradar compuestos tóxicos y metales pesados que se encuentran en suelos con­taminados de industrias. Por lo anterior, en este trabajo se estudian las características generales de P. fluorescens como bicontrol de enfermedades en plantas, como inductor de res­puesta do defensa en plantas, como rizobacteria promotora de crecimiento en plantas por su papel nutricional y como bioremediador.

Pseudomonas fluorescens es una bacteria que tiene forma de bacilo recto y ligeramente curveado de 0.6 a 1 11, es una bacteria Gram negativa, es incapaz de formar esporas y se desplaza en medios acuosos a través del movimiento activo de sus flagelos polares (Madigan, 1997). Esta bacteria presenta un pigmento llamado fluoresceína o pioverdin, el cual reacciona frente a la luz ultravioleta produciendo fluorescencia, esta característica es por la cual se le demonina  P. fluorescens (Madigan, 2004. P. fluorescens es una bacteria saprófita que se encuentra, en el suelo y agua de diferentes
ambientes, necesita oxígeno para su crecimiento. y abundaen la superficie de las raíces de las plantas pero no establece una relación simbiótica con las mismas (Hojberg et al., 1999). El rango de temperatura óptima para su crecimiento ende 25 a 30 °C, aunque puede desarrollarse en ambientescon temperaturas desde 5 hasta 42 °C aproximadamente. El ph para su crecimiento adecuado en el suelo es de 7, en suelos con condiciones ácidas (pH = 4.5) no se desarrolla; la cantidad de materia orgánica afecta su desarrollo, existiendo un aumento de poblaciones en suelos con mayor cantidad de materia orgánica (Perotti et al.,2005).

Las Pseudomonas pueden crecer en un medio mineral con iones de amonio o nitrato y un solo compuesto orgánico que funciona como única fuente de carbono y energía (Madigan, 2004). Actualmente se han creado proyectos para la secuenciación completa del genoma de cepas de P. fluorescens como Pf-5, Pf0-1 y SBW2, ya que estas son cepas de importancia económica, en la industria enzimática y como agentes de Control biológico. La secuenciación del genoma de cepas ha permitido el aislamiento y donación de los genes res­ponsables de varios metabolitos, secundarios, útiles en el control de enfermedades en plantas y humanos, genes que codifican enzimas degradadoras de sustancias contaminantes y sideróforos, permitiendo su síntesis artificial y producción comercial (Walsh et al., 2001). Así mismo, el conocimiento del genoma de P. fluorescens ha permitido la inserción de genes que codifican enzimas degradadoras de compuestos contaminantes que la bacteria no puede degradar en estado natural, incrementando su capacidad como agente biorre­mediador (Mukherje et aL, 2006).

P. fluorescens como bicontrol de enfermedades y plagas en plantas

P. fluorescens emplea diferentes mecanismos para suprimir enfermedades en los cultivos. Los más importantes incluyen la inhibición de los fitopatógenos por compuestos antimicro­bianos (antibiosis), la competencia por el hierro del suelo a través de la generación de sideróforos, la competición por sitios de colonización (biofilms) y por los nutrientes exudados por la raíz, así corno la inducción de mecanismos de defen­sa en las plantas (ISR; Handelsinan y Stabb, 1996).

Entre los metabólitos secundarios producidos por P. fluorescens encontramos aminoácidos, lípidos, pinoles, fenazinas, sido­róforos y sustancias diversas como fitohormonas. Ensayos de biocontrol en varios cultivos realizados con distintas cepas de P. fluorescens han demostrado que esta bacteria controla hongos y bacterias fitopatógenos de importancia económica.

Control de bacterias

P. fluorescens ha demostrado ser un buen agente de control de bacterias como Erwinia anvlavora, agente causal de la mancha de fuego, enfermedad de importancia económica en cultivos de rosáceas. En trabajos realizados en manzano y peral con aspersiones de P. fluorescens cepas EPS62e y A506 fue capaz de colonizar y sobrevivir en flores y heridas producidas en frutos inmaduros tanto en tejidos controlados corno en condiciones de campo, mostrando una disminución de la presencia de E. amylovora (Wilson y Lindow, 1993; Vanneste y Yu, 1995).

El mecanismo de acción que empleó fue la colonización de la superficie, el consumo de nutrientes, y la interacción con el patógeno (Alemany, 2002). También cepas dé P. fluorescens son capaces de controlar otros miem­bros del mismo género como agente P syringae: agentes causales de la mancha bacteriana en cultivos como vid, trigo y arroz (Hernández et al., 1992). Así mismo es capaz de controlar bacterias que atacan cultivos de hongos comestibles como P tolaasii, agente causal de mancha bac­teriana en champiñones, realizando el control por medio de la competencia por nutrientes y espacio.

Control de hongos

P. fluorescens posee la habilidad de controlar enfermedades causadas por hongos en varios cultivos. Esta habilidad se debe principalmente a la agresiva colonización, inducción de resistencia en plantas y la producción de antibióticos volátiles, como 2,4-diacetilfloroglucinol (DAPG), ácido fenazina:-1-carboxilico y pirolnitrina (S arathchandra et al., 1993; Ligon et al., 2000; Hass y Keel, 2003). Estos compuestos antifúngicos son eficaces para el control de agentes fitopatógenos como Rhizoctonia ..spp., Fusarium spp., Stemphyllium yesicarium y Penicillium expansum (Alemany, 2002; Avendafío et al., 2006).

Algunos de estos compuestos como la pitrolnitrina han sido estudiados a nivel genético, logrando el aislamiento y donación de los genes responsa­bles de su codificación, lo cual ha permitido la producción a nivel industrial de este antifúngico (Ligan et al., 2000). En ensayos realizados en remolacha azucarera inoculada con P. fluorescens DR54 se ha encontrado que la bacteria disminuye significativamente la incidencia de dumping-off causado por Rhizoctonia solani, además de inducir una rápida emergencia en plántulas de remolacha (Thrane et aL, 2001). P. fluorescens también es capazde controlar a Pythium ultimum, hongo que afecta de manera significativa la producción de pasturas, empleando como mecanismo de control la competición por nutrientes, así como por la generación de antibiosis (Pérez et al., 2001).

Contra  nemátodos

P. fluorescens ha demostrado ser un buen agente de control de nemátodos en cultivos de tomate y arroz, a través de la inducción de ISR en los cultivos.  P. fluorescens induce la presencia de una ISR con aplicaciones en semillas y en hojas de arroz, disminuyendo significativamente las poblaciones de Hirschmanniella gracilis y Aphelenehoídes beSseyi (nemato­dos de la raíz) hasta un 82% comparada con plantas no tratadas (Ramakrishnan et al., 2003).

P. fluorescens también puede controlar  poblaciones de nematodos, mediante la producción de metabolitos secundarios como el 2,4-diacetilfioroglucinol (DAPG), poliuteoriú y cíanamida de hidrógeno, los cuales afectan el sistema neuromuscular de los nematodos, provocando su muerte, por ejemplo, la cepa

P. fluorescens C122 disminuye significativamente las poblaciones de Meloídogyne javanica, nemátodo que ataca el cultivo de tomate (Siddiqui y Shaukat, 2004). Así también, la bacteria puede producir enzimas del tipo de las proteasas que .reducen la actividad de M. incogníta, matando huevos e induciendo mortalidad en estadios juveniles del nematodo (Siddiqui et al., 2005).

Control de insectos

La posibilidad de crear organismos con DNA recombinante ha permitido, en el caso de. P. fluorescens cepa. IPP202, que al insertarle genes de toxinas insecticidas como la delta­endotoxina producida por Bacillus thuringiensis, permite el uso de esta bacteria como promotor de crecimiento y agente de control de insectos. Trabajos realizados con P. fluorescens  modificadas genéticamente han demostrado ser buenos agentes de control de larvas de la mariposa de la col (Pieris brassicae; Peng et al., 2003) y larvas del barrenador de tallo de la caria de azúcar (Eldana saccharina; Herrera, 1994).

 Biofilm

Los biofilms son definidos como comunidades de microorga­nismos que crecen embebidos en una matriz de exopolisacá­ridos y adheridos a una superficie inerte o un tejido vivo. El biofilm se forma cuando la bacteria capta ciertos parámetros ambientales (disminución o aumento de la disponibilidad de nutrientes y de hierro, cambios de la osmolaridad, el ph, la tensión de oxígeno y la temperatura) que disparan la transición de la forma planctónica a un crecimiento sobre una superfi­cie (O sTooie y Kolter, 1998).

Estudios realizados utilizando microscopia florescente han mostrado que la arquitectura de la matriz del biofilm no es sólida y presenta canales que permiten el flujo de agua, nutrientes y oxígeno, en concentra­ciones diferentes al medio que lo rodea (Friedman, 2004; et al., 2014). Se ha encontrado que la formación de biofilm por  Pseudomonas confiere protección a las plantas hospederas donde se forma el biofilm, esto es debido a que la matriz de polisacáridos sirve de protección contra los productos tóxicos de microorganismos, así como impidiendo el acceso de los patógenos a la superficie de las plantas (Gonzalez et al., 2003).

P. flourescens como inductor de respuesta de defensa en plantas

Cuando una planta es atacada por algún patógeno, si las células de la planta reconocen un patógeno avirulento puede desencadenar una serie de reacciones como defensa quepueden sor constitutivos (permanentes a lo largo de la vida de la planta) o inducibles (que actúan solo tras el ataque de los patógenos; Solivori et al, 2003).

Las plantas producen una respuesta de hipersensibilidad (HR) a nivel local, que induce una producción de peróxido de hidrógeno, fitoalexi­nas y otros compuestos, que dan lugar a la muerte de la célula junto con la del patógeno (Perotti et al., 2005). Esta reacción también puede propiciar la aparición de resistencia sistémica en la planta, que es efectiva en sitios distantes del punto de infección produciendo ISR, dependiendo el mecanismo de inducción de la resistencia (Soliveri et al:, 2003).

P. fluorescens ha demostrado ser un agente de biocontrol indirecto actuando através de la inducción sistémica de resistencia en plantas (ISR). En experimentos rea­lizados con plántulas normales y mutantes de Árabidopsis thaliana, inoculándolas en la raíz con P. fluorescens al momento de la siembra, la bacteria induce una respuesta de defensa sistémica en la planta, que provoca la generación .de compuestos que actúan contra algunos fitopatógenos. En este caso se emplearon mutantes para determinar aquellos compuestos producidos por las plantas, encontrándose que P. fluorescens induce la producción de compuestos como defensinas, tioninas, proteínas antimicrobianas e ínhibidores de proteasas, lo que ayuda al control de agentes patógenos (Lavieoli e/ al., 2003). En este caso en particular las plantas de A. Thaliana presentan una disminución en la colonización de hojas por Perosnospora parasítica.

En ensayos realizados en rábano con P. fluorescens WCS374 se ha encontrado que con aplicaciones en raíz menores a 1x105 UFC de WCS374 esta bacteria es capaz de generar ISR en la planta contra Fusarium oxysporum f. sp. raphani, habiendo una disminución en la incidencia de la enfermedad de 40 a 80% (Leeman et al., 2005).

En el cultivo de pimienta (Piper nigrum L.) se observó que P. fluorescens aplicada en raíz como organismo inductor de   ISR incrementa los niveles de enzimas peroxidasa (PO), catalasa, fenilalanina amonio liasa (PAL) y polifenol oxidasa (PPO) que disminuyen la incidencia de Phytophthora capsici, agente causal de pudrición de raíz, proporcionando hasta un 85% de protección contra este patógeno (Paul y Sauna, 2005).

P. flourescens como rizobacteria promótora de crecimiento en plantas

P. fluorescens presenta propiedades que la clasifican como organismo promotor de crecimiento en plantas (PGPR; Prom.oting Growth Plant Rhizobacteria), debido a que es capaz de estimular el crecimiento de plantas. La bacteria no requiere de la invasión interna de tejidos en las plantas, como ocurre en hongos micorrízicos o nódulos en el caso de Rhizobium; presenta.una elevada densidad poblacional  la rizósfera después de su inoculación, que le confiere capacidad competitiva con la micro flora nativa del suelo; tiene la habilidad de colonizar efectivamente la superficie de la raíz y, como consecuencia, puede influir positivamente en el crecimiento de la planta (Muñoz-Rojas et al, 2015).

P. fluorescens utiliza un gran número de sustratos orgánicos comúnmente encontrados en exudados radicales y produce una gran variedad de metabolitos secundarios tóxicos a hongos y bacterias fitopatógenos, entre los cuales se destacan los antibióticos y los alcaloides quinolisidínicos, así también produce sideróforos, que promueven de manera indirecta el crecimiento en las plantas (Sivasakthi et al., 2014). Entre las ventajas que provee P. fluorescens como PGPR se cuenta estimular la germinación de las semillas, acelerar el creci­miento de las plantas especialmente en sus primeros estadios, inducir la iniciación radicular e incrementar la formación de raíces y pelos redimieres (Sivasakthi et al., 2013). Este tipo de reacción se debe a la producción de sustancias de tipo hormonal, como auxinas, giberelinas y citoquininas que actúan directamente en promover el crecimiento; también producen sustancias de otro tipo como aminoácidos y pro-motores específicos del crecimiento (Hernández y Chailloux, 2001).

Diversos autores han demostrado que algunas cepas de P. fluorescens son capaces de mejorar el crecimiento de cultivos como tomate, patata y caña de azúcar cuando son aplicadas a las semillas (Carrillo-Castañeda et al., 2000; Compara et al., 2005). En ensayos realizados en lechuga, al ser inoculada Pseudomonas sp en la raiz incrementa el desarrollo del cultivo, promoviendo hasta en 36% la ger­minación, favoreciendo el desarrollo del área foliar hasta 240%, así como el volumen radicalular hasta 300% (Vargas el al., 2004.

Evaluaciones realizadas en el cultivo de maíz en coridiéiones de campo junto con aplicaciones de fertilizantes inorgánicos y aplicaciones de P. fluorescens muestran que la bacteria incrementa la producción de maíz hasta en 8.6% con respecto a la fertilización inorgánica (Ferrris y Comentot, 2006). Por otra parte, al emplear P. fluorescens con otras bacterias promotoras de crecimiento como Microbactertum sp. y Bacillus sp. en cultivos como maíz, trigo y algodón ha demostrado ser un buen agente antagónico de patógenos ..como Fusarium solani y Fusarium oxisporurn (aamber­dieva y Jabborova, 2012).

Solubilizador de fósforo, potasio, y calcio

Una de las características de P. fluorescens es su alta capaci­ded de solubilizar fósforo, potasio, y  calcio, tanto orgánico como inorgánico del suelo.  La bacteria produce ácidos orgánicos como ácido cítrico, ácido oxálico y ácido glucónico, que actúan sobre el pH; estos ácidos rompen las uniones entre los cationes (Ca, Mg) unidos á las arcillas y los aniones fosfatos, liberando estos últimos a la solución del suelo, favoreciendo así la solubili­zación del fósforo y potasio inorgánico (Adhya et al., 2015).

Por otro parte, la bacteria puede producir fosfatasas, que son enzimas hidrolasas (monoesterasas y diesterasas fosfóricas) que actúan sobre las uniones esteres, liberando los grupos fosfatos de la materia orgánica a la solución del suelo. Ambas vías generan una mayor cantidad de fosfato para ser absorbido por las raíces de las plantas (López el at., 2014).Esto ha permitido el desarrollo de productos solubilizadores de fósforo, potasio y calcio, los cuales se emplean en cultivos agrícolas como trigo, arroz y maíz, para poner a disposición de las plantas el fósforo y potasio del suelo.

Producción de sideróforos

P. fluorescens se destaca por producir diferentes tipos de side­róforos como las pioverdinas y quínolabactinas, implicados en la actividad de promoción de crecimiento y biocontrol en plantas (Mossialos et al., 2000). Los sideróforos (portadores de hierro) son pigmentos extracelulares  fluorescentes con alta afinidad por el Hierros, de color amarillo verdoso, solubles en agua y de bajo peso molecular (Díaz et al., 2002). El mecanismo de acción de los sideróforos plantea que estos suprimen la enfermedad mediante el secuestro de Elena'', convirtiéndose así este elemento en un factor limitante para el crecimiento de los patógenos en la rizósfera.

Cuando los sideróforos forman el complejo con el hierro, este último se hace inaccesible para los microorganismos patógenos, los cuales no poseen los receptores proteicos específicos para adquirir el hierro enlazado.(Buyer, 1986). Con el objetivo de tratar de dilucidar las propiedades de los sideróforos se han realizado varios ensayos con sideróforos de P. fluorescens para ver la influencia de estos metabolitos en la promoción de crecimiento y el control de fitopatógenos;  por ejemplo, en trabajos con Lotus corniculatus se observó que los side­róforos ayudaban al desarrollo de las plantas, así como a reducir el tallo en plantas causado por Pytium spp. (Pérez el al., 2000).

P. flourescens como bioremediador

En las últimas décadas ha habido interés por la capacidad de las bacterias para degradar los varios productos químicos artificiales y su uso para la bioremediación de ambientes contaminados (Cárdenas-González et al., 2006). Debido a la diversidad metabólica que posee P. fluorescens, en varios ensayos con agentes contaminantes del suelo se ha obser­vado que degrada parcial o totalmente contaminantes como estireno, trinitrotolueno (TNT) y algunos hidrocarburos aromáticos policíclicos (Alemany, 2002).

Estudios realizados con P. fluorescens cepa NS1 en suelos contaminados con petróleo crudo muestran su capacidad .de degradar rápida­mente este hidrocarburo (Barathi y Vasudcvan, 2003). El mecanismo que emplea para degradar hidrocarburos es a través. de la generación de biosurfactantes y emulsificantes (Ortega-Trejo y Edyvean, 2000). Cepas de P. fluorescens también han demostrado ser agentes de bioremediación de pesticidas que se encuentran en el suelo como 2,4-D, mancozeb y pentanoclorofenol (Shan y Thakur, 2004). Así también, en ensayos realizados en suelos contaminados con metales pesados como Cd2+ r r6" C112* Ni2° n Ph2'

Pseudomona Fluorescens, un microorganismo amigo

Microorganismo Pseudomona Fluorescens, un microorganismo amigo

Colgamos en el blog este interesante artículo del profersor Yared Hernández de la Universidad de Arizona que resume de forma fácil y concisa el potencial del microorganismo beneficioso Pseudomona Fluorescens.   

   YARED HERNÁNDEZ  HUERTA

    Uníversidad de Arizona