Download La Agricultura y la sequía

La ciencia del suelo viene a la vida (*)
Las plantas pueden estar recibiendo un poco de ayuda con la tolerancia a la sequía y al calor.
Los agricultores han tratado de
mejorar de manera importante la condición
química y física de sus suelos, buscando de
tener más nutrientes disponibles para sus
cultivos, retener más humedad en el suelo y
facilitar el crecimiento de las raíces de las
plantas. Pero, por lo general, han ignorado el
papel de la diversidad de hongos y bacterias
en el suelo.
Ahora, sin embargo, los biólogos del
suelo están empezando a comprender la
importancia de las interacciones en el trabajo
del microbioma que rodea los sistemas de
raíces de las plantas. Algunas investigaciones
recientes han demostrado, por ejemplo, que
los principales cultivos alimentarios se
pueden hacer más tolerantes al estrés
mediante la transferencia en ellos de
diversos microorganismos, tales como
hongos o bacterias, que colonizan otras
especies. Existe un claro paralelismo con la
ciencia médica, donde los microorganismos
innumerables de nuestra piel y de nuestro
intestino son ahora reconocidos como
mediadores cruciales de toda una serie de
respuestas corporales - la comprensión de
que se ha modificado profundamente la
manera en que pensamos acerca de la salud
humana.
En la agricultura, la campaña para
eliminar los agentes patógenos ha
fomentado un enfoque bazooka al
microbioma del suelo con el uso generalizado
de los biocidas y fungicidas. Pero el papel del
microbioma es muy variado y complejo para
que esto sea sostenible. "Nos encontramos
con un tesoro de microbios beneficiosos, cada
uno de ellos contribuye un poco al
rendimiento de las plantas", dice Alexandre
Jousset, microbiólogo de la Universidad de
Göttingen, Alemania. "La comprensión de
cómo estas diversas comunidades ayudan a
las plantas a resistir situaciones adversas
abrirá nuevas puertas para el desarrollo de
prácticas sostenibles, llamada de los servicios
microbianos que están durmiendo en
prácticamente cualquier tipo de suelo".
Alivio de estrés
Uno de los más conocidos de estos
servicios involucra a los hongos micorríticos
que colonizan las raíces de las plantas y les
ayudan a penetrar en el suelo. En el Reino
Unido, por ejemplo, la Royal Horticultural
Society ha aprobado un producto
comercializado como micorriza Rootgrow,
que ayuda a las plantas a establecerse. Como
los hongos colonizan los sistemas de raíces
de las plántulas, envían redes de sus propios
filamentos subterráneos, conocidos como
hifas, para crear lo que son efectivamente los
sistemas de raíces secundarias, mejorando
los accesos de las plantas a la humedad y los
nutrientes. Se trata de una relación
simbiótica cómo los hongos dependen de la
fotosíntesis de las plantas para entregar los
azúcares que necesitan para crecer.
La extensión de la raíz no es el único
servicio ofrecido por hongos micorríticos. La
glomalina, una glicoproteína que estos
hongos secretan para cubrir sus hifas, puede
promover la aglomeración de las partículas
del suelo, lo que mejora la retención de
humedad. Pero el microbioma del suelo
puede hacer más que mejorar la biología
básica de las plantas, puede también alterar
los caracteres más importantes.
El microbiólogo Rusty Rodríguez ha
acuñado el término 'simbiogénico', o la
expresión genética alterada por simbiosis,
para dar cuenta de la tolerancia a la sequía
que muestran las plantas cuando colonizadas
por ciertos microorganismos. Mientras
trabajaba para el Servicio Geológico de
1
EE.UU. (USGS) en 2002, encontró que los
endófitos (simbiontes que viven dentro de
los tejidos de la planta) de un hongo
particular estuvieron presentes en la planta
Dichanthelium lanuginosum (pasto pánico),
que crece en ambientes muy cálidos. Las
plantas cultivadas a partir de semillas sin
estos hongos endófitos carecían de rasgos
tolerantes al calor, pero recuperaban la
tolerancia cuando se reintrodujeron los
hongos. Rodríguez supuso que la capacidad
para soportar el estrés por calor no era una
adaptación genética de la planta en sí, sino
más bien una característica que se expresa
sólo en asociación con el hongo.
Esta hipótesis fue corroborada años
más tarde, cuando Rodríguez y sus colegas
utilizaron esporas de un hongo presente en
plantas de césped tolerantes a la sal que
crecen en dunas y son capaces de colonizar
plantas y semillas de arroz. Vieron que las
necesidades de agua de las plantas se
redujeron hasta en un medio, acompañada
de un aumento importante en el crecimiento
y producción de semillas. Los experimentos
de trigo produjeron resultados igualmente
sorprendentes: las plantas tratadas con el
hongo que confiere tolerancia al calor ya
podían tolerar temperaturas de hasta 70°C,
mientras que reducían a la mitad sus
necesidades de agua.
"Todavía estamos tratando de
averiguar los mecanismos involucrados", dice
Rodríguez. La dificultad es que ésta es una
nueva forma de pensar acerca de las plantas,
como parte de la investigación agronómica
sobre la tolerancia al calor y la sequía, que se
realiza en plantas carentes de un
microbioma. "Estas plantas simbióticas son
muy diferentes. Todas las cosas obvias que
están destinadas a ocurrir en las plantas en
estas condiciones extremas, tales como
tomar más agua o la producción de ciertas
sustancias químicas, simplemente no están
sucediendo".
Lo que está claro, sin embargo, es el
potencial práctico. En 2012, Rodríguez dejó el
USGS para centrarse en su empresa de nueva
creación,
Tecnologías
Simbióticas
Adaptativas,
con
sede
en
Seattle,
Washington, que hace que las plantas
simbióticas de cultivos agrícolas puedan
resistir la sequía y el calor. "Todas las plantas
quedan colonizadas por hongos - que no son
necesariamente los más adecuados para
lograr los resultados que buscamos", dice
Rodríguez. Están en marcha en varias partes
de los Estados Unidos las pruebas de campo,
en un intento de encontrar el mejor hongo
para cada cultivo, para probar el trigo, el
maíz, la cebada, el arroz y la soja que se
cultivan usando semillas recubiertas de
esporas de hongos tomados de plantas
resistentes al calor y a la sal.
Para el uso práctico en la agricultura,
sin embargo, algunos investigadores dudan
de si será posible identificar el hongo
adecuado. María Lucero es una bióloga
molecular escéptica, quien, al igual que
Rodríguez, ha estudiado los efectos de los
organismos que se transfieren desde una
especie del microbioma a una planta. Su
investigación con Jerry Barrow en la
Universidad Estatal de Nuevo México en Las
Cruces, descubrió que los tomates, los chiles
y las hierbas colonizados con endófitos de
dos especies de plantas del desierto
mostraron una mayor tolerancia a la sequía
que aquellos sin el hongo endófito. En última
instancia, sin embargo, Lucero llegó a la
conclusión de que la transferencia individual
de microorganismos no es el mejor enfoque.
"Hay
tantos
microbios
diferentes
interactuantes que tiene mucho más sentido
aprovechar la comunidad natural en lugar de
intentar crear cualquier transformación
artificial", dice ella. Lucero está estudiando
cómo ciertos cultivos de cobertura pueden
fomentar el desarrollo de una diversidad rica
de hongos micorríticos.
2
Beneficios bacterianos
La simbiosis fúngica es sólo una parte
de la imagen del microbioma. Los estudios de
las
interacciones
bacterianas
están
descubriendo nuevas dimensiones. Daniele
Daffonchio y sus colegas de la Universidad de
Milán en Italia y en la Universidad Ain Shams
de El Cairo, Egipto, están investigando la
capacidad de las plantas de pimiento que
florecen bajo condiciones de sequía. Cuando
estas plantas están bajo escasez de agua, se
desarrolla una población enriquecida en
bacterias promotoras del crecimiento de
plantas (PGPBs), que se cree son atraídas por
la abundancia de nitrógeno y otros nutrientes
en los sistemas de raíces de las plantas. Estas
PGPBs median la respuesta frente a la sequía,
lo que ayuda a reducir el consumo de agua,
mientras
aumentan
las
funciones
metabólicas. Como resultado, las plantas
tienen hasta un 40% más de biomasa y
realizan la fotosíntesis de manera más
eficiente.
Daffonchio concluye que las plantas
no deben ser consideradas de manera aislada
como organismos individuales, sino más bien
como meta-organismos (plantas más
microbioma),
porque
sus
relaciones
simbióticas afectan a la expresión de
características genéticas de adaptación de la
planta a la sequía. Otra estudio de 2013
encontró que las plántulas de Arabidopsis
thaliana crecidas en un suelo previamente
expuesto a A. thaliana crecieron más
vigorosamente que las muestras controles
cuando se enfrentan a condiciones de sequía.
El análisis de la tierra alrededor de las raíces
reveló mayores poblaciones de bacterias de
41 géneros diferentes, y los investigadores
llegaron a la conclusión de que era la
interacción con estas bacterias la que parecía
reducir las respuestas defensivas de las
plantas al estrés abiótico. Así como el
aumento de su crecimiento, las plantas
también mostraron una menor expresión de
varios genes marcadores de la respuesta a la
sequía. Pero esto tuvo un precio: una mayor
tasa de mortalidad por causas relacionadas
con la sequía.
Las bacterias del suelo adecuadas, al
parecer,
podrían
tener
importantes
implicancias en un mundo cada vez con más
limitaciones de agua. "Las cepas que son
capaces de optimizar el uso del agua podría
permitir un ahorro de un 5% de las
necesidades globales de las plantas", dice
Daffonchio. Los efectos pueden ser
sorprendentes, pero, como ocurre con los
hongos, los mecanismos aún no están claros.
"No sabemos lo que las bacterias están
haciendo para activar las vías en la planta
que reducen el consumo de agua y el
aumento de crecimiento", dice Daffonchio.
El cultivo para la vida
Los microorganismos pueden conferir
a las plantas tolerancia a la sequía, pero no
son en sí mismas inmunes a los efectos de la
sequía. El suelo seco puede interrumpir la
diversidad del microbioma y causar una
disminución
importante
de
biomasa
microbiana. Los microorganismos del suelo
eventualmente regresan a sus niveles de
población pre-estrés, pero cualquier cultivo
sembrado es vulnerable.
Las técnicas de cultivo para la
mitigación de la sequía podrían ser tan
importantes por sus efectos sobre la biología
del suelo como de la forma en que alteran
sus características físicas. Kristine Nichols,
una microbióloga del suelo en el
Departamento de Agricultura de EE.UU. en
Mandan, Dakota del Norte, considera que el
mantenimiento del microbioma es un
aspecto importante de la utilización de
cultivos de cobertura, cuyos beneficios se
explican con mayor frecuencia en términos
de la estructura del suelo, del balance entre
la materia orgánica y química. Al ampliar el
tiempo de fotosíntesis, Nichols dice, sembrar
cultivos de cobertura "hace tener más
carbono disponible para los hongos
3
micorríticos para el crecimiento de las hifas".
Del mismo modo, la rotación de cultivos, una
técnica usada desde hace siglos para mejorar
el suelo, también tiene un gran efecto en las
poblaciones microbianas, y esto puede ser la
base de la mejora de la resistencia al
crecimiento de la planta y la sequía, dice
Philip Poole, un fisiólogo de plantas en el
Centro John Innes en Norwich, Reino Unido.
"Pensamos en cosas como un triángulo de la
estructura del suelo, el microbioma y las
raíces de las plantas, todos interactúan entre
sí", dice.
Otro enfoque que se está fomentado
es reducir al mínimo la labranza. Esta técnica,
también conocida como la labranza de
conservación, no sólo reduce la pérdida de
humedad y la excesiva compactación del
suelo, sino que también ayuda a aumentar la
biodiversidad microbiana bajo la superficie
del suelo. Tomar más de este principio, en el
cultivo de la labranza cero, el residuo de la
cosecha se queda en el campo después de la
cosecha y las semillas se plantan a través de
él en el suelo.
( )
* El presente texto es una traducción del artículo publicado por Roger East, titulado: “Soil science comes to life, en NATURE, Vol
501, S18-S19 (2013).
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