Interacciones antagónicas y sinérgicas en consorcios microbianos: influencia en el crecimiento de plantas Dra. Maribel Plascencia Jatomea
Introducción Las comunidades microbianas interactúan de varias formas: de sinérgica y mutualista a antagónica y parasítica. La interacción microbiana depende de factores bióticos y abióticos. Los componentes del medio ambiente ayudan a la transformación, mobilización y solubilización de nutrientes escenciales.
Ecosistema
Comunidad
Los factores bióticos (medio ambiente) afectan:
Población
Individuo
Tipos de interacciones en la rizósfera: 1. Interacción entre raíces de plantas y m.o. 2. Interacción entre m.o. Fijación de nutrientes
Neutra o variable
Fijación de N2
Estabilización de suelos
Liberación de enzimas libres
Suministro de agua
Promoción del crecimiento
Ataque
Comunidad microbiana de la rizósfera Alelopatía
Biocontrol
Antibiosis
Competencia
Fitotoxicidad
Simbiosis Enfermedad
Dañina
Benéfica
Asociaciones ecológicas entre los m.o. Simbiótica: los organismos viven en relaciones nutricionales
cercanas; requerida por uno de ambos miembros.
Mutualismo: obligatorio, dependiente; ambos miembros se benefician. Comensalismo: se beneficia el miembro comensal, aunque el otro miembro no se daña. Parasitismo: el parásito es dependiente y se beneficia; el huésped no se daña.
No simbiótica: los organismos viven libres; no se requieren relaciones para la supervivencia.
Sinergismo: los miembros cooperan y comparten nutrientes.
Antagonismo: algunos miembros inhiben o destruyen a otros.
Criterios a ser considerados en el diseño de un consorcio microbiano Interacciones entre los m.o. Interacciones negativas:
Interacciones positivas:
Antibiosis
Neutralismo
Competencia
Mutualismo
Amensalismo
Sinergismo
Depredación
Simbiosis
Parasitismo
Protocoperación Comensalismo
Efecto de la interacción Tipo de interacciones
Población/es
Población/
pecies A
especies B
Neutralismo
0
0
Comensalismo
0
+
Mutualismo
+
+
Amensalismo
0
-
Depredación, parasitismo
+
-
Competencia
-
-
Efecto de la interacción
Interacciones antagónicas Cualquier efecto inhibitorio de un organismo, creado por cualquier vía a otro organismo. Se usa en el control biológico de patógenos de plantas Los agentes antagónicos no son patógenos específicos Inhiben un amplio rango de m.o. Relación parásita verdadera con el huésped microbiano Los mecanismos no son mutuamente exclusivos
Mecanismos de antagonismo Amensalismo: inhibición o destrucción de un organismo por un metabolito producido por otro organismo (por ejemplo antibióticos, compuestos volátiles, enzimas, etc.)
Los m.o. producen diferentes tipos de antibióticos m.o.
antibiótico
Patógeno blanco
enfermedad
Pseudomonas fluorescens F113
2,4-diacetilfluoroglucinol
Pythium spp.
Marchitamiento
Agrobacterium radiobacter
Agrocin 84
Agrobacterium tumefaciens
Tumoraciones
Trichoderma virens
Gliotoxina
Rhizotocnia solani
Pudrición de raíz
Bacillus subtilis
Bacilomycina D
Aspergillus flavus
Contaminación por aflatoxinas
Burkholderia cepacia
Pirrolnitrina, pseudano
R. solani y Pyricularia oryzae
Marchitamiento y manchas en arroz
P. fluorescens 2-79 y 30-84
Fenazinas
Gaeumannomyces graminis var. tritici
Take-all (necrosis)
Competencia Dos o más organismos tratando de utilizar los mismos nutrientes, o bien de ocupar el mismo nicho o sitio de infección.
Parasitismo Depredación o parasitismo: atacar y alimentarse directamente del organismo blanco o del agente de biocontrol puede producir algún tipo de toxina que ocasiona la muerte del organismo blanco; después, el agente de biocontrol se alimenta de él. Parasitismo Hiperparásitos: son parásitos de parásitos Micoparásitos: son hongos que parasitan otros hongos
El antagonismo permite el control biológico de patógenos de plantas tipo
mecanismo
ejemplos
Antagonismo directo
Hiperparasitismo/depredaci ón
Micovirus líticos/no líticos, Trichoderma
Antagonismo mixto
Antibióticos
Fenazinas, lipopéptidos cíclicos
Enzimas líticas
Quitinasas, glucanasas, proteasas
Productos de desecho no regulados
Amonio, CO2, cianuro de hidrógeno
Interferencia física/química
Bloqueo de poros en suelos, consumo de señales de germinación, reconocimiento molecular confuso
Competencia
Consumo de exudados, atrapamiento de sideróforos, ocupación de nichos físicos
Inducción de resistencia en el huésped
Contacto con pared celular fúngica, detección de patógenos-asociados, patrones moleculares, inducción mediada por fitohormonas
Antagonismo indirecto
Interacción sinérgica de m.o. benéficos (bacterias, Rhizobium y hongos productores de micorrizas arbusculares) En combinaciones, los m.o. interactúan sinérgicamente Proveen nutrientes Remueven productos inhibitorios
Se estimulan mutuamente Incrementan aspectos benéficos de su fisiología Equilibran microbiológicamente el suelo Crean un medio ambiente favorable para el crecimiento de la planta
Mecanismos de interacción entre m.o. benéficos Mecanismos directos
Mecanismos indirectos
Fitohormonas
Sideróforos
P-solubilización
Metabolitos antifúngicos, antibióticos
Fijación de nitrógeno Inducción de resistencia sistémica Disminución de toxicidad de metales pesados
Enzimas que lisan pared celular
Cianuro de hidrógeno Competencia de espacio y nutrientes
Parasitismo
Interacción microbio-microbio 1. Bacterias y Rhizobium 2. Hongos productores de micorrizas y hongos de la rizósfera
Bacterias y Rhizobium
interactúan sinérgicamente mediante la fijación de N2 Mecanismos de acción Alteran el metabolismo secundatio del huésped o crean antibiosis Estimulan la formación o infección adicional de sitios de auxinas Alteran el metabolismo de flavonoides de la planta Promueven la inducción de genes nodulares en las raíces Estimulan a la planta para producir más moléculas de reconocimiento
Fitohormonas, sideróforos, fitoalexinas y flavonoides Disminuyen la toxicidad de metales pesados Incrementan la actividad enzimátia en el suelo
Interacciones sinérgicas entre bacterias y Rhizobios sobre el crecimiento de plantas
bacteria
Cepa de Rhizobio
Beneficia incrementando
Pseudomonas sp
Bradyhizobium sp
Suministro de N2 y P en granos verdes
Pseudomonas sp
Rhizobium leguminosarum biovar viceae
Altura, longitud de raíces y peso seco de chícharos
Pseudomonas striata Azospirillum sp
Rhizobium sp
Chícharo de guinea
Pseudomonas fluorescens
B. japonicum
Soya
Hongos productores de micorrizas (HPM) y microbios de la rizósfera Los HPM interactúan de manera natural y se les conoce como m.o. micorrizosféricos. Las rizobacterias actúan como “bacterias que ayudan a las micorrizas”; producen sustancias biológicamente activas. Estimulan el crecimiento del micelio y la germinación Colonización de las micorrizas
Germinación de esporas
Los HPM interactúan sinérgicamente estimulando el crecimiento de la planta Mejoran la adquisición de nutrientes, inhiben a hongos patógenos de plantas, aumentan las ramificaciones de la raíz Resultados físicos adicionales: consumo de carbono por las bacterias de la superficie de las hifas del hongo, por proporcionarles una ventaja competitiva.
Interacciones directas
Suministro de energía rica en compuestos de carbono producidos por las plantas huésped Cambios en la micorrizósfera (pH inducido por el hongo) Competencia por nutrientes, exudados fúngicos de compuestos inhibitorios o estimulantes
Interacciones indirectas
Modificación de los exudados de las raíces y estructura del suelo
Grupos de bacterias que interactúan con hongos productores de micorrizas (HPM)
HPM con fijadoras de nitrogeno simbióticas HPM con fijadoras de nitrógeno asimbióticas
HPM con bacterias que solubilizan fosfatos HPM con bacterias rizósferas
Consorcio microbiano
Grupo de diferentes especies de m.o. que actúan juntos como una comunidad
Los organismos trabajan juntos en un sistema complejo en donde todos se benefician de las actividades de otros en la comunidad Un consorcio microbiano es mucho más eficiente que una sola cepa de m.o. con diferentes capacidades metabólicas
Carácterísticas de un consorcio microbiano ideal Actuar rápido y elevada competencia en la rizósfera Sinergista con cada organismo Capaz de crecer con o sin aire Producir enzimas de modo natural (amplia capacidad degradativa) Fácil de manipular y multiplicar la masa
Ampio espectro de acción Elevada vida de anaquel y buena estabilidad Tolerante a la desecación, calor, oxidación y radiación UV No tóxico, no patogénico y no corrosivo Económico y seguro al medio ambiente
Ventajas Las cepas puras de m.o. no son capaces de degradar todos los compuestos, por lo que el consorcio microbiano es esencial en la completa mineralización de cualquier compuesto. Un consorcio microbiano es más resistente a cambios en el medio ambiente.
Competencia y supervivencia en el medio ambiente, comparado con una cepa pura. El consorcio microbiano es capaz de manipularse y adecuarse a una variedad de desechos complejos.
Conclusiones Con el incremento de la importancia concerniente al impacto de fertilizantes y pesticidas convencionales, el uso consorcios microbianos constituye una alternativa prometedora de gran importancia en el futuro, ya que abre una ventana de oportunidades y crea espacios vivientes, en armonía con la naturaleza y sin afectar los ecosistemas.
