Mejoramiento de cultivos: descubren cómo hace la planta de porotos para dejar entrar a las bacterias de suelo que más la benefician

Con miles de años de antigüedad, el mejoramiento vegetal es una técnica que, mediante distintos procedimientos de variada complejidad, persigue un objetivo concreto: optimizar la productividad de una especie, potenciando sus cualidades más valoradas, aumentando su resistencia a plagas y a factores climáticos extremos, e incrementando su eficacia en la utilización de recursos. Así, esta práctica puede desarrollarse tanto de manera casera mediante el cruzamiento manual de los ejemplares más vigorosos para obtener semillas de calidad superior, como a través de sofisticados métodos de la biotecnología que exploran posibilidades cada vez más retadoras.

Es el caso de la secuenciación masiva de ácido ribonucleico (ARN), una herramienta que permite saber qué genes se activan en distintos tipos de células, en qué ocasiones y de qué manera lo hacen, que recientemente le sirvió a un equipo de investigación del Instituto de Biotecnología y Biología Molecular (IBBM, CONICET-UNLP) para identificar pequeños ARN –moléculas que transportan información genética– capaces de modular el establecimiento y la eficiencia de la simbiosis entre la planta de poroto negro (Phaseolusvulgaris) y bacterias fijadoras de nitrógeno. La novedad científica fue publicada hoy en la prestigiosa revista New Phytologist.

“Los ARNs han surgido en los últimos años como reguladores clave de la expresión o activación génica que controla múltiples procesos. Conocer cuáles intervienen en cada caso permite desarrollar estrategias de mejoramiento, como por ejemplo la aplicación exógena, es decir desde afuera, de ARNs directamente sobre las plantas, que ha permitido superar la resistencia de ciertos grupos a otras tecnologías, como la modificación genética”, explica Flavio Blanco, investigador del CONICET en el IBBM y uno de los autores del trabajo. Concretamente, el estudio se centró en el establecimiento de la simbiosis fijadora de nitrógeno, un proceso que ocurre en plantas leguminosas cuando se enfrentan a condiciones de baja disponibilidad de este compuesto químico en el suelo.

Como toda simbiosis, se trata de una asociación íntima de organismos de especies diferentes en la que ambas se benefician mutuamente. Durante el proceso, la bacteria infecta la raíz de la planta y es alojada dentro de un órgano especializado en la fijación de nitrógeno denominado nódulo. “Este mecanismo le permite a la leguminosa obtener una fuente de nitrógeno que pueda ser incorporada en proteínas y ácidos nucleicos, la cual es crucial para su desarrollo y crecimiento. A su vez, la bacteria se ve favorecida y sobrevive gracias al carbono proveniente de los productos fotosintéticos sintetizados por el vegetal”, describe Eugenia Zanetti, también investigadora del CONICET en el IBBM y otra de las autoras del estudio.

Según se lee en el trabajo, el poroto negro es capaz de seleccionar y alojar preferentemente aquellas bacterias que son más eficientes en la formación de nódulos, aumentado así la producción de masa de la planta. En el estudio, las y los expertos lograron identificar un pequeño ARN que responde específicamente frente a estas bacterias, al que denominaron miR5924. De esta manera, la mayoría de los nódulos son ocupados sólo por dichos microorganismos simbióticos. “Nuestra investigación demostró que, si las plantas producen altas cantidades de este ARN, los nódulos pueden ser infectados promiscuamente, es decir, en simultáneo por dos bacterias diferentes, independientemente de si son más o menos eficientes en la formación de nódulos”, señala Zanetti.

“Las leguminosas distinguen las bacterias benéficas de las patógenas o perjudiciales, y este reconocimiento involucra señales específicas presentes o producidas por las bacterias disparando una supresión local o parcial de la defensa que permite la entrada de los organismos benéficos. Más específicamente, la planta de poroto tiene la capacidad de diferenciar las cepas bacterianas que fijan nitrógeno de forma más eficiente, y es allí donde ciertos ARNs pequeños modularían la respuesta de defensa permitiendo a estas bacterias acceder a las raíces para comenzar la simbiosis”, apunta Blanco.

Con respecto a las eventuales aplicaciones que podrían derivar de este hallazgo, las y los especialistas subrayan que los pequeños ARN han emergido como importantes moduladores del desarrollo y crecimiento de las plantas, y se utilizan para mejorar caracteres agronómicamente importantes tales como la tolerancia frente a la sequía y la resistencia a patógenos. “Este estudio abre la posibilidad de emplear estrategias basadas en estas moléculas para optimizar la simbiosis fijadora de nitrógeno y aumentar no sólo la producción de leguminosas, sino también la incorporación de nitrógeno en los suelos sometidos a prácticas agrícolas”, desarrollan sus responsables.

“Las plantas leguminosas son las más importantes para la agricultura en el mundo después de los cereales y, a diferencia de estas últimas, no han recibido tanta atención durante la modernización de las técnicas agrícolas que se dio en el siglo pasado durante la llamada ‘revolución verde’”, subraya Blanco, y continúa: “Esto significa que hay un enorme potencial de mejoramiento sobre estos vegetales, lo que podría contribuir fuertemente al desarrollo de tecnologías más amigables con el ambiente. El desafío es trasladar los descubrimientos del laboratorio a los cultivos y saber qué tan posible es transferir lo aprendido en poroto a otras especies de la misma familia”.

Por Mercedes Benialgo 

Referencia bibliográfica: 

Castaingts Melisse, Kirolinko Cristina, Artunian Jennifer, Rivero Claudio, Villagra Mancini Ulises, Blanco Flavio, Zanetti María Eugenia. Differential analysis of host small RNAs identified conserved and new miRNAs that affect nodulation and strain selectivity in the Phaseolus vulgaris- Rhizobium etli symbiosis. DOI: https://doi.org/10.1111/nph.18055.

 Sobre investigación:

 Melisse Castaingts. Becaria al momento de la publicación. IBBM.
Cristina Kirolinko. Becaria doctoral. IBBM
Jennifer Artunian. Becaria doctoral. IBBM.
Claudio Rivero Hernández. Becario doctoral. IBBM.
Ulises Villagra Mancini. Profesional adjunto. IBBM.
Flavio Blanco. Investigador independiente. IBBM.
María Eugenia Zanetti. Investigadora principal. IBBM.