La interacción leguminosa-rhizobia, su importancia en el ambiente

José-Antonio Munive, Guadalupe Rocha, Ricardo Carreño, Luis-Ernesto Fuentes, Jesús Muñoz-Rojas y Erika Acosta

publicado en Conversus #121, 2016

Revista del Instituto Politécnico Nacional

La fijación de nitrógeno es un proceso muy importante para la existencia de vida en este planeta. Es un proceso mediante el cual el nitrógeno del aire (sustancia inerte) se convierte en una sustancia asimilable por los seres vivos y puede ser incorporado por estos en diferentes moléculas y estructuras como proteínas y ácidos nucleicos; se lleva a cabo casi exclusivamente por microorganismos del suelo (bacterias) a los que se les llama fijadores de nitrógeno; y al tratarse de un proceso biológico, se conoce como fijación biológica de nitrógeno (fbn).

Las leguminosas son una de las fa­milias más grandes que existen de plantas. Las plantas que conforman esta familia presentan una gran di­versidad, tanto en morfología como en hábitat, que va desde pequeñas leguminosas anuales, arbustos, has­ta los grandes árboles de las selvas tropicales. Una de las características más sobresalientes de las leguminosas es su capacidad para establecer una relación muy particular con las bacte­rias del suelo fijadoras de nitrógeno. Durante esta interacción, las bacterias inducen la formación de un nuevo ór­gano, en las raíces o tallos de las le­guminosas, llamados nódulos (Fig. 1).

 

Fig. 1. Tipos de nódulos formados en leguminosas ante la infección con bacterias del grupo de los rhizobia. A) Nódulos en tallos de plantas de Aeschynomene, originados por Bradyrhizobium sp. B) Nódulos en raíces de una especie silvestre de Phaseolus, resultado de la invasión por Rhizobium sp.

 

Estas estructuras son el sitio en el cual se lleva a cabo la fijación bio­lógica de nitrógeno. Las bacterias fijadoras de nitrógeno capaces de establecer esta asociación con las le­guminosas reciben el nombre genérico de rhizobia.

A la interacción leguminosa-rhizo­bia es a lo que se le conoce como una simbiosis, es decir, una interacción en la que ambos organismos se ven bene­ficiados. La planta recibe directamen­te una fuente de nitrógeno, derivada de la FBN (amoniaco), mientras que la bacteria recibe de la planta una fuente de carbono (azúcares), deriva­da de la fotosíntesis. Para que se lleve a cabo esta interacción, las rhizobia son capaces de detectar a las raíces de las leguminosas debido a la pre­sencia de moléculas de bajo peso (de tipo flavonoide) que las raíces de estas secretan hacia el suelo. Las rhi­zobia poseen cierta especificidad por su planta hospedera, dicha caracterís­tica está determinada por el tipo de compuesto que sea secretado por la planta, ya que como respuesta a la de­tección de los compuestos flavonoides, las rhizobia sintetizarán otras señales específicas conocidas como factores Nod (Nodulación). Los Nod son resul­tado de la actividad de los llamados genes nod. Gracias a la actividad de estos factores de naturaleza proteica las plantas son capaces de reconocer a las bacterias, de este modo se forma el nódulo (Fig. 2).

 

Fig. 2. Proceso de nodulación de las leguminosas.

 

El proceso de FBN se lleva a cabo mediante la actividad de una proteína llamada nitrogenasa, la cual es sensi­ble al oxígeno, por lo que al interior del nódulo unas proteínas transportadoras de oxígeno (leghemoglobina), similar a la hemoglobina de humano, generan niveles muy bajos de este gas, lo que permite la actividad de esta proteína. La interacción leguminosa-rhizobia está estrechamente relacionada con el estado fisiológico de la planta, por lo que las diversas circunstancias ambien­tales son factores que pueden limitar el establecimiento de esta relación, afectando el crecimiento de las plan­tas y la fijación biológica de nitrógeno. Aunque estas bacterias sean buenas fijadoras de nitrógeno, no serán capa­ces de utilizar su potencial al máximo si factores como la salinidad, acidez o alcalinidad del suelo, temperaturas extremas, deficiencia de nutrientes o minerales tóxicos, se imponen sobre la supervivencia de la planta hospedera.

Una de las condiciones ambientales que más afecta la calidad de los suelos es la salinidad, pues daña el ambiente y la producción agrícola. Sin embargo se ha reportado que diversas legumi­nosas como Prosopis (mezquite), Aca­cia y Medicago (alfalfa) son tolerantes a condiciones extremas de salinidad, sin embargo, son menos halotolerantes que sus bacteria huésped. Las rhizobia que han sido descritas como tolerantes a la salinidad pertenecen a diversos géneros, tales como Rhizobium, Brad­yrhizobium y Ensifer (anteriormente llamada Sinorhizobium). En relación al género Ensifer, desde la primera vez que se describió en 1982, se reseñó como un género tolerante a la salini­dad.

Estas bacterias crecen muy bien en concentraciones elevadas de cloruro de sodio (nacl al 1%) y algunas lo ha­cen hasta el 4.5%, incluso se ha repor­tado que estas bacterias son capaces de tolerar concentraciones cercanas al 10% cuando han sido aisladas de zo­nas áridas.

La capacidad de tolerar condiciones de estrés salino le aporta a este género de rhizobia el potencial de ser emplea­das como herramientas biotecnológicas o fertilizante biológico (biofertilizante) de leguminosas en suelos que presen­tan estos problemas ambientales, ya que también se ha reportado que este tipo de bacterias brindan protección a las leguminosas en condiciones de es­trés salino, permitiendo que la planta permanezca saludable. Actualmente, el estudio de los mecanismos que le pro­veen resistencia a las rhizobia ante las condiciones climáticas adversas ha co­brado cada vez mayor interés por par­te de los investigadores, porque cada vez más las condiciones ambientales se tornan más extremas. El uso de estos mi­croorganismos como herramientas bio­tecnológicas está rindiendo frutos, pero aún queda mucho camino por recorrer en el estudio de estos mecanismos de tolerancia al estrés ambiental.

 

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Autor entrada: Salvador Castell

Biólogo, entusiasta y consiente del papel de los académicos en la transmisión del conocimiento, con especial interés en métodos holísticos, integrativos, multidisciplinarios y disruptivos, basados en el principio de la entropía biológica.

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