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El día a día de la Ciencia

Cuando las plantas y las bacterias trabajan juntas

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Diálogo con Luis Wall, doctor en Ciencias Bioquímicas de la UNLP, investigador de la UNQUI y del Conicet.

En leguminosas como la soja, la alfalfa o la arveja, las plantas aceptan microorganismos que las ayudan a fijar nitrógeno a cambio de una módica suma de azúcares. Entender cómo funciona este mecanismo simbiótico es fundamental para lograr trasladarlo a otras plantas.

–Cuénteme qué hace.

–Dentro del programa que dirijo hay dos grandes laboratorios. Ahí trabajamos en interacciones entre microorganismos benéficos y plantas.

–¿Por ejemplo?

–Los rizobios para la soja, bacterias fijadoras de nitrógeno… Ese se podría decir que es nuestro tema histórico: son microorganismos que fijan nitrógeno del aire (que es el 80 por ciento de la atmósfera y que nosotros no lo podemos usar); los microorganismos lo transforman en amoníaco y lo incorporan a las plantas. Eso es lo que se llama fijación biológica de nitrógeno y es lo que ocurre en la soja, en la alfalfa, en el trébol: en todas las leguminosas. Nosotros estudiamos muchas cosas en ese sistema.

–A ver…

–Estudiamos, por ejemplo, selección de microorganismos que tengan una mejor relación con las plantas, que fijen más nitrógeno, que se asocien mejor en relación a otros microorganismos… Una de las cosas que estudiamos durante mucho tiempo es la regulación de la nodulación de las raíces de la planta. Cuando las bacterias se asocian con las plantas forman como un nódulo, un grano. Ahí es donde viven las bacterias y ocurre esta simbiosis. Esa regulación la manejan la propia planta, factores externos… Conocer esta regulación permite manejar mejor la simbiosis en un sentido utilitario para tener mejor rendimiento de la planta.

–¿Y cómo funciona esa simbiosis? ¿Cuáles son los diferentes escenarios que se presentan?

–Un escenario es que la simbiosis sea ineficiente, donde lo que ocurre son simbiosis o interacciones dadas por microorganismos del suelo, estafadores, que se aprovechan de la planta pero no le dan nada. En ese caso, son nódulos que no sirven.

–¿Cómo se da biológicamente la simbiosis?

–Es una infección de la planta por parte de la bacteria. Lo que nosotros estudiamos es cómo se reconocen las bacterias y las plantas, porque no cualquier bacteria es capaz de entrar en la planta y formar un nódulo. Y ese fenómeno de reconocimiento se estudió desde hace mucho, porque en el imaginario científico está la idea de que si uno puede entender este mecanismo, puede “exportar” la simbiosis a otras plantas. Uno de los objetivos, por ejemplo, es transferir esta fijación de nitrógeno a los cereales. Estos cereales, que son una gran parte de la alimentación de la historia de la humanidad, no generan estas simbiosis que sí generan las oleaginosas. Hasta ahora, no se ha descubierto de qué manera transferir esta asociación biológica a otras plantas.

–¿Y cómo se reconocen?

–Es muy interesante eso. A fines de los años ’80 se publicó un trabajo que se titulaba “Dulces diálogos debajo de la tierra”, porque la comunicación es por moléculas químicas muy complejas. Es un intercambio de señales: la planta larga sustancias químicas hacia afuera, y hay bacterias que son capaces de reconocer algunas de esas señales. Las que las reconocen cambian su actividad y sintetizan una nueva señal. Es como si hubieran escuchado, hubiesen entendido el idioma y respondieran. Lo primero que hacen entonces, siguiendo las huellas de la molécula segregada por la planta, es acercarse a la planta.

–¿Y cuándo llegan?

–La concentración de esa molécula es mayor, y las bacterias en respuesta sintetizan una nueva molécula. Esa molécula la largan hacia afuera y la planta la reconoce. Esa segunda molécula, un lipoquitonoligosacárido, bioquímicamente es muy compleja, tiene mucha información. La planta, al recibirla, se “da cuenta” de que afuera está la bacteria que va a hacer la simbiosis correctamente. Reconoce que no es un patógeno, que no es una bacteria cualquiera, y la planta lo que hace es abrirle sus puertas.

–¿Cómo hace la molécula para que las puertas se abran?

–La bacteria ingresa en el tejido sin que la planta la rechace. En general, lo que pasa es que la bacteria trata de entrar y los organismos la rechazan: suicidan a las células a las cuales están llegando las bacterias y a partir de entonces funciona como un tapón. Lo que hace esta molécula es cambiar la respuesta de la planta, de modo tal que la planta no la rechace. A la vez, se dispara una ruta simbiótica y genética, que aparentemente es una ruta muy ancestral en la evolución biológica, que es común a las plantas para reconocer a hongos benéficos y a bacterias benéficas.

–¿Qué es una ruta genética?

–El ADN de la planta se va a expresar, y como respuesta a eso habrá algún desarrollo de la planta (podrá ser una raíz, una hoja, una flor). En el caso de la simbiosis, lo que desarrolla es un nódulo radicular, que es como si fuese una raíz lateral modificada. Es una especie de grano en el cual la bacteria entra y coloniza sin recibir respuesta inmune.

–¿Cómo se reconocen esas señales químicas? ¿Cómo hace la bacteria, por ejemplo?

–Tanto las bacterias como las plantas tienen receptores. La bacteria tiene un receptor, una proteína, para la primera señal de la planta. Con ese receptor reconoce la molécula que viene. Cuando la reconoce, la proteína cambia de forma, y esa nueva forma significa otra señal hacia adentro de la bacteria.

–Hay una cascada que llega hasta…

–La información genética. Después de la primera señal de la planta, la cascada llega a la información genética de la bacteria. Va de proteína en proteína, llega al ADN y del ADN se disparan genes que no estaban expresados y que generan sus propias proteínas. Ahora hay una nueva cascada hacia afuera, donde la nueva molécula producida sale de la bacteria y va a parar a la planta, que tiene otro receptor que la recibe. Esta simbiosis está distribuida en un gran número de plantas y hay distintas respuestas. Las más estudiadas son las de los cultivos agronómicamente más importantes. Curiosamente, la soja, la alfalfa, el trébol, la arveja, son todas simbiosis muy nuevas, evolutivamente muy avanzadas. Tienen un mecanismo de reconocimiento muy sofisticado. Una de esas sofisticaciones se ve en que los pelos radiculares, los pelos absorbentes de las raíces, se deforman al recibir la señal, quedan como rulitos.

Ahí la bacteria aprovecha, entra por esos pelos absorbentes (como si fuera una invaginación) y va invadiendo el tejido de la planta, que a su vez la deja. Esto que le cuento tiene que ver con las leguminosas, las fijadoras de nitrógeno. Pero hay otro gran grupo de fijadoras de nitrógeno, que en el planeta es igual al de las leguminosas, que son las plantas actinorícicas. Son árboles y arbustos; el más conocido es la casuarina, pero también están los arrayanes en la Patagonia. Nosotros decidimos estudiar un sistema de estas plantas actinorícicas.

–A ver… Cuando la bacteria ingresa, fija nitrógeno del aire, lo convierte en amoníaco y se lo da a la planta.

–Y los azúcares que genera la planta se los da a la bacteria. En eso consiste la simbiosis.

–¿Y en el nuevo grupo?

–La situación es similar: la bacteria, que está en el suelo, le manda señales a un arbusto… y todo lo que usted ya sabe. La cuestión es que en este caso de simbiosis las técnicas modernas no se pueden aplicar.

–¿Por qué?

–No se sabe, hay microorganismos que se resisten a las técnicas de la biología molecular. No sabemos por qué no se puede, pero no se puede. Nosotros estudiamos este arbusto de la Patagonia, describimos la manera en la que infecta (no deforma los pelos radiculares, sino que se mete entre las células). El primer trabajo lo publicamos en el ’99; hoy en día están bien discriminados estos tipos de interacciones. Lo que nosotros descubrimos es que el arbusto patagónico que estudiamos representa un mecanismo de interacción muy ancestral, mucho menos sofisticado que el de la soja, por ejemplo. Uno podría tratar, entonces, de aprender de este sistema más simple para “enseñárselo” a las plantas que me interesan.

Fuente: Página 12 / Miércoles 20 de Marzo de 2013

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