En la última década se ha incrementado el número de estudios centrados en las interacciones planta-suelo, los cuales han puesto de manifiesto que «las comunidades de microorganismos del suelo son determinantes para la diversidad y composición de las comunidades vegetales».
Las plantas en sus raíces tienen una gran riqueza biológica, que se sustenta en los nutrimentos de los compuestos carbonados provenientes de la fotosíntesis que son exudados. Los exudados radiculares son secretados hacia la rizósfera, término dado por Hiltner en 1904 a la región del suelo que es influenciado bioquímica y biológicamente por el sistema radicular de las plantas, se asume que la rizósfera se extiende unos milímetros de la raíz.
Una zona de interacción única y dinámica
La rizósfera de las plantas está poblada con numerosos organismos incluidos nemátodos, hongos, bacterias y artrópodos, algunos de éstos son benéficos para la planta debido a que promueven el crecimiento y desarrollo de ésta, interacción en las que están involucrados diversos y complejos mecanismos: secretan fitohormonas, mejoran la disponibilidad de nutrientes, compiten con otros organismos que son patógenos para la planta por sitios de colonización y nutrientes, entre otros.
Es importante mencionar que en la rizósfera también podemos encontrar organismos que tienen efectos negativos sobre las plantas, como los hongos que causan enfermedades (patógenos) que afectan no solo las raíces sino también las partes aéreas de las plantas, como tallos, hojas o frutos.
Comunicación por parte de las plantas
Las interacciones entre los microorganismos y las plantas están mediadas por compuestos químicos. De hecho, las plantas liberan una gran matriz de compuestos de naturaleza muy diversa hacia la rizósfera, a los que se les conoce como exudados radiculares. En Arabidopsis thaliana, una planta pequeña que alcanza una altura de 30 cm, podemos encontrar más de 100 compuestos diferentes, entre ellos azúcares, aminoácidos, ácidos orgánicos, flavonoides, hormonas y vitaminas.
La exudación o también llamada rizodeposición, puede considerarse una gran pérdida de carbono por parte de la planta, ya que los compuestos que son exudados pueden llegar a constituir hasta un 30% del carbono fijado, sin embargo, desde un punto de vista ecológico, la rizodeposición es necesaria para establecer interacciones con otros organismos del entorno principalmente aquellos que viven bajo tierra «funcionan como mensajes de comunicación bajo tierra».
Es importante mencionar que la cantidad y el tipo de compuesto exudado varía dependiendo de la planta de la cual se trate, la edad de ésta y de los factores ambientales a los que esté expuesta. Los compuestos liberados por las raíces pueden ser usados como sustrato o alimento para el crecimiento de microorganismos –por esta razón, la rizósfera tiene una mayor densidad, se estima que existen de 10 a 200 veces más bacterias en la rizósfera de una planta que en el suelo adyacente-. De hecho, primero veremos cómo se lleva a cabo la interacción de plantas con algunos microorganismos del suelo mediante los exudados de raíz.
Bacterias en la rizósfera
La estructura de las comunidades microbianas del suelo varía grandemente en respuesta a la especie de planta, al tipo de suelo y a la historia de ese suelo en particular. Los exudados radiculares son un factor importante para el establecimiento de las comunidades bacterianas en la rizósfera; la zona de mayor exudación ha sido relacionada con la mayor acumulación de bacterias, la zona de elongación de las raíces es una zona de mayor atracción de microbios.
La habilidad de las bacterias rizosféricas para consumir exudados radiculares específicos, determina los patrones de colonización en las raíces. Por alteración en los patrones de exudación o la exudación de compuestos específicos, las plantas pueden cambiar la composición microbiana de la rizósfera.
Dentro de las sustancias presentes en los exudados radiculares podemos encontrar algunas que actúan como quimioatrayentes de bacterias rizosféricas, un ejemplo de quimioatracción es la excreción de los flavonoides naringenina, luteolina y daidzeína por parte de la planta, cuando ésta se encuentra en carencia de nitrógeno, y funcionan como atrayentes de bacterias que tienen la capacidad de fijar nitrógeno y proveérselo. Esta interacción se lleva a cabo entre bacterias de los géneros Rhizobium, Sinorhizobium y plantas leguminosas como el frijol y la alfalfa.
Los azúcares y aminoácidos presentes en los exudados radiculares pueden funcionar como quimiotrayentes inespecíficos, es decir, pueden ser utilizados por bacterias que pueden ser benéficas para la planta, bacterias neutras e incluso por bacterias patógenas, ya que los usan como fuente de carbono y nitrógeno para su crecimiento.
Otros compuestos que las plantas exudan son los denominados fitoalexinas, que se producen en respuesta a la presencia de patógenos y que tienen actividad antibacteriana y antifúngica.
Hongos en la rizósfera
La rizósfera también alberga una gran diversidad de hongos, que pueden ser divididos en descomponedores, hongos patógenos y hongos micorrícicos. Estos últimos son benéficos para las plantas, forman estructuras simbióticas llamadas micorrizas, dichos hongos establecen una interacción con las raíces de las plantas, abasteciendo agua y nutrientes, principalmente fósforo y nitrógeno; en el intercambio, el hongo obtiene carbohidratos de la planta y se estima que el 90% de las plantas terrestres viven en asociación con este tipo de hongos.
Entre los exudados radiculares, se ha observado que varios flavonoides pueden afectar el crecimiento de las hifas (el conjunto de hifas forma el cuerpo de los hongos), diferenciación y colonización de la raíz de forma específica, es decir, tienen un efecto solo en ciertos hongos antes de que se lleve a cabo la interacción con la planta. La estrigolactona 5-deoxistrigol fue identificada como una molécula señal en los exudados radiculares de Lotus japonicus y es un compuesto que induce la ramificación de las hifas, la germinación de las esporas y la alteración de la fisiología del hongo. Ahora se sabe, que las estrigolactonas son inestables y se degradan rápidamente, por lo que forman un gradiente distinto alrededor de la raíz de la planta indicando así al hongo la proximidad y dirección de la raíz. Otras estrigolactonas como el estrigol y la sorgolactona mimetizan la actividad de 5-deoxistrigol «son mensajes identificados en este tipo de comunicación bajo tierra, entre las plantas y algunos hongos».
Pero, las plantas en su entorno natural no se encuentran aisladas de otras plantas, ellas pueden interactuar entre sí y lo hacen a través de moléculas señal presentes en los exudados radiculares, es decir que también se comunican bajo tierra.
Interacción Planta-Planta
Una interacción es el parasitismo de una planta sobre otra. Algunas plantas como Striga y Orobanche germinan únicamente en presencia de compuestos específicos como las estrigolactonas (estrigol, alectrol, 5-desoxiestrigol, entre otras) que son exudadas por otras plantas, este mecanismo aún está bajo estudios para comprenderlo. Es importante recordar que estos compuestos participan en el desarrollo de micorrizas, lo que sugiere que las plantas parásitas se pudieron haber co-adaptado al reconocimiento de señales presentes en los exudados que les ayudan a localizar a una potencial planta hospedera.
Una distinta forma de interacción planta-planta es la alelopatía (ver Saber Más 5(25):42-43), en la cual una planta específicamente interactúa con una vecina. Los compuestos involucrados en este tipo de interacción son de tipo fenólico, aunque algunos son de naturaleza química distinta. La producción de aleloquímicos puede ser constitutiva o inducida por factores bióticos o abióticos presentes en el ecosistema donde la planta crece. Un ejemplo, la sorgoleona es el principal componente de los exudados en sorgo (Sorghum bicolor) y es un aleloquímico bien estudiado, causa por lo que se conoce como “enfermedad del suelo” ya que inhibe el crecimiento de otros cultivos; este compuesto es liberado al suelo de manera continua brindando un efecto herbicida.
SABER MÁS:
Holguín-Zehfuss, G. (2008). La comunicación entre bacterias y plantas. Ciencia (abril-junio), 72-78.
https://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/59_2/PDF/10-516-72-.pdf
Probanza-Lobo, A. (2012). La rizosfera: un “criptoecosistema” vital. Aspectos básicos y aplicados. CONAMA 2012.
http://www.conama2012.conama.org/conama10/download/files/conama11/CT%202010/1896700116.pdf
*M.C. Idolina Flores Cortez es estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas opción Biología Experimental, realiza su tesis en el Laboratorio de Bioquímica Ecológica, del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.