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).
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).
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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