ARTÍCULO
Endófitos de semillas: el origen de una relación
Javier Alejandro Villa-Torres y Jorge Álvarez-Cervantes
Resumen
Los microorganismos que habitan en el interior de las plantas son de gran importancia para su crecimiento y desarrollo. Debido a su localización en estructuras internas, se les denomina endófitos. Desde las semillas es posible encontrar una gran diversidad de estos microorganismos, los cuales contribuyen al desarrollo de las plantas en sus distintas etapas. Estos organismos microscópicos desempeñan funciones específicas, tanto en la promoción del crecimiento vegetal como en la protección frente al ataque de diversos patógenos. El estudio de los endófitos en semillas ha despertado un creciente interés en la industria agrícola, ya que a partir de ellos se pueden desarrollar productos que mejoran el rendimiento de los cultivos. Esto se traduce en mejoras económicas y, al mismo tiempo, en beneficios para el ambiente.
Palabras clave: Bioinsumos, endófitos, promoción del crecimiento, transmisión vertical.
RECIBIDO:13/09/2024 ACEPTADO: 23/09/2024
PUBLICADO: 23/09/2024
Inicio de una relación: endófitos y plantas
Las semillas son una parte fundamental en el ciclo de vida de las plantas, no solo porque representan el punto de partida de la vida vegetal, sino también porque facilitan la dispersión, la adaptabilidad y la persistencia en nuevos ambientes. No obstante, este proceso no ocurre de manera aislada: existen microorganismos que se alojan en diversas partes de la semilla, como la radícula o en espacios profundos y poco accesibles de la cubierta, y que favorecen un proceso tan complejo como la germinación.
Las plantas han evolucionado en estrecha asociación con diversas comunidades microbianas que se encuentran tanto en su interior como en su entorno. Entre estas interacciones destacan los microorganismos endófitos, principalmente bacterias y hongos, que colonizan el interior de estructuras como raíces, flores, hojas y semillas sin causar efectos negativos.
La importancia de los endófitos radica en la relación íntima que establecen con la planta: no son simples «pasajeros», sino organismos que la acompañan a lo largo de distintas etapas de su ciclo de vida. Esta asociación contribuye a mejorar la salud de los cultivos, favorece el proceso de germinación y aumenta su productividad.
¿Cómo llegaron ahí?
Por medio de una serie de procesos complejos, los endófitos de las semillas se adhieren a la raíz embrionaria y, en algunos casos, desarrollan mecanismos de adaptación que les permiten interactuar con los microorganismos del suelo, generando interacciones positivas entre ambas comunidades. Durante el desarrollo de la planta, estos microorganismos se movilizan hacia distintas estructuras hasta alcanzar el embrión y transmitirse a un nuevo individuo.
Este proceso se conoce como transmisión vertical, mediante el cual la planta madre hereda ciertos microorganismos a la planta hija. Esta transmisión puede ocurrir a través de tres vías principales: la vía interna, mediante el xilema de la planta madre; la vía floral, a través del estigma; y la vía externa, en la que los microorganismos se depositan en las semillas.
¿Hay más vida en las semillas?
Es importante resaltar que, durante la germinación, diversos microorganismos nativos del suelo compiten con los endófitos presentes en las semillas. Esto da lugar a un estricto proceso de selección en el que algunos endófitos logran sobrevivir e interactuar con los microorganismos del suelo, formando así la nueva comunidad microbiana de la plántula.
Los microorganismos que habitan en las especies vegetales son cambiantes y varían en función de factores como el entorno ambiental y el tipo de planta. Cada organismo vegetal alberga una gran diversidad de microorganismos; sin embargo, diversos estudios han identificado ciertos grupos recurrentes en diferentes géneros de semillas. Entre las bacterias, los filos que se encuentran con mayor frecuencia en las semillas son Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes y Bacteroidetes.
En plantas de maguey, por ejemplo, se han identificado con mayor frecuencia bacterias de los géneros Bacillus, Staphylococcus, Acinetobacter, Enterobacter, Pseudomonas y Stenotrophomonas. En el caso del arroz, predominan géneros como Sphingomonas, Methylobacterium, Curtobacterium y Bacillus. Por su parte, en el árbol de cacao se han reportado principalmente géneros como Bacillus y Enterobacter.
Aunque la cantidad de microorganismos fúngicos presentes en el interior de las semillas es menor, existen divisiones como levaduras, ascomicetos y basidiomicetos que aparecen con mayor frecuencia en distintos géneros de plantas. Se ha reportado que, en gramíneas, el género Neotyphodium es uno de los más comunes y que su función se relaciona con la protección de la planta frente a patógenos. En familias vegetales como las brasicáceas (por ejemplo, el brócoli), se ha identificado una amplia diversidad de hongos, entre los que destacan los géneros Alternaria, Cladosporium, Fusarium y Xylaria.
Pero… ¿Qué hacen ahí?
Los microorganismos endófitos presentes en las plantas desempeñan un papel clave en su desarrollo, ya que favorecen su crecimiento en distintas etapas y aumentan su tolerancia frente a fitopatógenos. Más allá de este conocimiento general, resulta fundamental comprender las funciones específicas que ejercen, las cuales explican su creciente interés en la industria agrícola. Entre los beneficios más relevantes destaca su capacidad para adaptar el entorno, al incrementar la disponibilidad de agua y nutrientes mediante la producción de diversos metabolitos, así como de hormonas vegetales que favorecen la germinación, la conservación de las semillas y la resistencia frente a factores externos.
Existen diversos mecanismos mediante los cuales estos microorganismos promueven el crecimiento vegetal, los cuales describen la forma en que interactúan con la planta. Entre los mecanismos directos se encuentran aquellos en los que bacterias y hongos facilitan la disponibilidad de nutrientes en el suelo, a través de procesos como la fijación y la solubilización de minerales que, en su estado natural, no pueden ser asimilados por la planta, principalmente potasio, fósforo, hierro y nitrógeno. Además, algunos microorganismos regulan y secretan hormonas que influyen positivamente en el crecimiento, como las auxinas, giberelinas y citoquininas.
Por otro lado, los mecanismos indirectos incluyen la producción de antibióticos, enzimas líticas y sideróforos, compuestos que en conjunto contribuyen al control de patógenos. Asimismo, los microorganismos pueden activar un proceso conocido como inducción de resistencia sistémica (IRS), mediante el cual la planta fortalece sus defensas al activar su sistema inmune en respuesta a la presencia de microorganismos benéficos.
Una relación que beneficia a la agricultura
Ante la creciente preocupación por el deterioro ambiental derivado del uso excesivo de plaguicidas y fertilizantes químicos, que han ocasionado daños significativos en ríos, plantas y suelos, se han buscado alternativas que, además de reducir la huella de carbono, permitan disminuir los costos de producción y favorecer sistemas agrícolas resilientes y sostenibles. Una de estas alternativas consiste en el uso de productos basados en organismos vivos, principalmente microorganismos —incluidos los endófitos—, que mejoran el rendimiento de los cultivos; estos productos se conocen como bioinsumos.
Los bioinsumos se clasifican de acuerdo con la función que desempeñan. Por un lado, los bioestimulantes son aquellos que, al aplicarse a las plantas, promueven su equilibrio fisiológico y, en consecuencia, incrementan los rendimientos. Por otro lado, los biocontroladores permiten eliminar, reducir o prevenir el daño ocasionado por plagas y enfermedades, contribuyendo así a la protección de los cultivos.
Actualmente, el aislamiento de endófitos a partir de semillas representa una alternativa prometedora para obtener microorganismos con aplicaciones agrícolas. Esto ofrece ventajas para el desarrollo de bioinsumos más amigables con el medioambiente, al reducir el uso de compuestos químicos y contribuir a la transición hacia una agricultura sostenible. Para avanzar en este campo, es necesario continuar investigando semillas que germinan en condiciones extremas y comprender los mecanismos de interacción con sus endófitos, los cuales pueden representar una oportunidad para descubrir microorganismos con propiedades bioquímicas de interés en ámbitos como la industria alimentaria, la agricultura, la farmacéutica, la bioenergía, la biorremediación y otros sectores industriales.
Javier Alejandro Villa-Torres. Estudiante de la maestría en biotecnología, Laboratorio de Calidad y Sustentabilidad Agroalimentaria, Universidad Politécnica de Pachuca. Zempoala, Hidalgo. Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Jorge Álvarez-Cervantes. Profesor-Investigador en el Laboratorio de Calidad y Sustentabilidad Agroalimentaria, Programa Educativo Ingeniería en Biotecnología, Universidad Politécnica de Pachuca. Zempoala, Hidalgo. Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
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