Plantas + microorganismos = holobiontes
Eliezer Cocoletzi Vásquez1 y Sandra Rocha Ortiz2
El estudio de las comunidades microbianas asociadas a las plantas se ha enfocado en las tres partes que componen el holobionte: filosfera, endosfera y rizósfera.
Palabras clave: plantas, microorganismos, interacciones.
Es común pensar que si una planta no presenta síntomas de enfermedad entonces la planta estará libre de microorganismos. Sin embargo, hoy día sabemos que existen tres microambientes en las plantas que están llenos de una compleja comunidad microbiana, los cuales colonizan cada uno de los rincones de la planta durante todo su ciclo de vida. Los tres microambientes en la planta son la filosfera, endosfera y rizósfera. La filósfera corresponde a las partes externas/aéreas de la planta como el tallo, hojas y estructuras reproductivas; la endosfera involucra la parte interna de la planta tanto aérea como subterránea; mientras que la rizósfera es el espacio que comprende a las raíces en contacto con el suelo.
En general, todos los órganos de las plantas están colonizadas por bacterias, hongos, levaduras y protozoos. La diversidad y composición de estos microorganismos depende de la especie de planta, del órgano, de su condición fisiológica, de su estado de desarrollo, así como del ambiente. Los microorganismos asociados a las plantas han recibido atención debido a sus efectos en la función y rendimiento de las plantas hospederas. Las interacciones que los microorganismos tienen con las plantas abarcan desde mutualismos hasta patógenos.
Diagrama sobre el holobionte, representando las filosfera, endosfera y rizósfera. Imagen: Sandra Rocha y Eliezer Cocoletzi
La filosfera, comparada con la rizósfera y la endosfera, es quizás la zona menos estudiada por la microbiología. Poco se sabe sobre la estructura de las comunidades microbianas asociadas a las funciones que tienen en los órganos de la planta. La presencia de microorganismos en las plantas puede variar, en el caso de las hojas esta variación se puede asociar a su posición, forma, anatomía, la luz que recibe, disponibilidad de agua y compuestos antimicrobianos que protegen a la planta. Esto se debe en parte a que la hoja es el órgano con la mejor capacidad de aclimatación a las condiciones ambientales. Los microorganismos que predominan en la filosfera son los epifíticos, es decir, microorganismos que se encuentran en la superficie de la planta sin afectar la estructura interna, aunque ante una disminución en el rendimiento de la planta se puede favorecer la colonización de estos y transformarse en patógenos. En la filosfera se presenta un conjunto de bacterias que se han determinado como específicos. Los microorganismos hallados en la filosfera han sido principalmente bacterias y en menor proporción los hongos.
Los microorganismos endófitos son aquellos que se encuentran en la endosfera o tejidos internos de la planta, al menos durante una etapa de su ciclo de vida, pudiendo ser o no patógenos para la planta. La distinción entre microorganismos patógenos y no patógenos es posible mediante un detallado análisis funcional. Esta distinción es pragmática, ya que depende de factores que incluyen el genotipo de la planta, el ambiente y el microbiota que está co-colonizando.
Desde los años 90´s se consideró que las plantas y sus microorganismos asociados en conjunto conforman al holobionte.
La rizósfera, que es considerada como un componente importante de la planta holobionte. La rizósfera se ha considerado como una delgada zona de suelo influenciada por raíces vivas, donde sus exudados estimulan o inhiben las poblaciones microbianas y sus actividades. Aunque el estudio de las comunidades microbianas a partir de las ciencias genómicas como el análisis genético, de metabolitos y de proteínas ha aumentado en los últimos años, no ha sido suficiente para describir la complejidad de la naturaleza de la rizósfera y la multitud de interacciones que allí se presentan.
Superficie de la hoja o filósfera de Aloe vera. Imagen: Eliezer Cocoletzi
La presencia de algunos microorganismos en la rizósfera no necesariamente involucra que tengan una relación con la planta. Es por esto, por lo que las herramientas moleculares han permitido vislumbrar una fracción de las complejas interacciones que se presentan en la rizósfera entre las plantas y microorganismos, al analizar su relación funcional. Se han presentado numerosas investigaciones que indican los efectos benéficos que las bacterias en las raíces tienen al promover el crecimiento de las plantas, como la fijación de nitrógeno a través de una relación simbiótica.
Comprender la dinámica de las interacciones microbianas en la filosfera, endosfera y rizósfera implica entender como mejorar la condición de las plantas, aumentando su producción de biomasa y previniendo la pérdida de esta. Un mejor entendimiento de los principales efectos que modifican la estructura de las comunicades microbianas permitirá desarrollar nuevas estrategias en la protección de la planta. Estandarizar protocolos de investigación y combinar análisis multidisciplinarios, permitirán entender mejor la evolución de la planta holobionte.
1 Facultad de Biología, Universidad Veracruzana
2 Laboratorio de análisis de suelos, agua y plantas, Instituto de Ecología, A.C.
