Secuencian genomas de bacterias para biocontrol en cultivos

Por Érika Rodríguez

Zacatecas, Zacatecas.- (Agencia Informativa Conacyt).- El cuerpo académico llamado Biotecnología de Plantas con base en la Unidad Académica de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UACB-UAZ) trabaja en el aislamiento de cepas de bacterias y hongos del suelo y en la secuenciación de genomas de bacterias para el biocontrol de enfermedades en cultivo de chile. Ocho genomas bacterianos secuenciados ya fueron registrados en el Centro Nacional de Información Biotecnológica (National Center for Biotechnology Information, NCBI), banco internacional de genes ubicado en Estados Unidos.

El equipo de investigadores es liderado por el doctor Saúl Fraire Velázquez y se conforma además por los investigadores Miguel Alvarado Rodríguez, José Manuel Gómez Soto, Alejandro Alvarado Gutiérrez y Yadira Yumiko de la Cruz Rodríguez, que operan en la Red Nacional de Cuerpos Académicos llamada Biotecnología para el Desarrollo de una Agricultura Sustentable, desde la Escuela Nacional de Estudios Superiores de la Universidad Nacional Autónoma de México (ENES-UNAM), campus León, Guanajuato; colabora también en este proyecto el doctor Julio Vega Arreguín. Este proyecto de investigación, que empezó en 2013, se efectúa con un financiamiento de infraestructura científica del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

Aislamiento de bacterias

Saúl Fraire Velázquez informó que en la primera etapa de esta investigación, el equipo de especialistas se enfocó en el aislamiento de bacterias y hongos de la rizósfera —parte del suelo en proximidad con las raíces— de plantas silvestres y cultivadas de suelos agrícolas y forestales, así como de áreas contaminadas por residuos mineros en los municipios de Sombrerete, Río Grande, Fresnillo, General Enrique Estrada, Zacatecas, Guadalupe, Trancoso y Ojocaliente, del estado de Zacatecas.

“De este proyecto, en la primera etapa obtuvimos 650 cepas de bacterias y 700 de hongos con morfología macro y microscópica y características de crecimiento distintivas. Una vez que diferenciamos cada una hicimos escrutinio y tamizaje confrontándolas por separado con agentes patógenos de plantas de chile y frijol”, describió.

Manifestó que una de las enfermedades más frecuentes en la planta de chile, conocida como marchitez o secadera, es causada principalmente por cuatro patógenos que causan pudrición y necrosis en la raíz, entre estos se encuentran los hongos Fusarium solani, Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani y el oomiceto Phytophthora capsici.

“De ese escrutinio seleccionamos 26 cepas de bacterias que inhiben al menos en 60 por ciento el crecimiento de cada uno de estos cuatro agentes patógenos. También encontramos que 13 de estas bacterias son amigables a la planta, mientras que la otra mitad son hostiles (necrotróficas)”.

Lo anterior permitió definir un grupo de seis bacterias capaces de inhibir a los cuatro patógenos que afectan desde la raíz a la planta de chile y que, a la vez, son amigables en su interacción con la planta.

“Nos interesa ahora conocer el genoma de cada una de estas bacterias y separar grupos de bacterias para discernir con precisión los genes o islas de genes que distinguen y correlacionan con la funcionalidad de los microorganismos en su antagonismo con los fitopatógenos, así como en su asociación benéfica con la planta, además de fundamentar con conocimiento a nivel molecular, la selección de cepas de bacterias que tengan un mayor potencial biotecnológico”, indicó.

Con el uso de un secuenciador de nueva generación de marca IIlumina, el equipo de investigadores logró secuenciar el genoma de nueve bacterias. Hoy en día, el grupo de científicos trabaja con herramientas de bioinformática mediante software especializado para ensamblar los respectivos genomas a partir de las miles de lecturas obtenidas con el secuenciador y después proceder a la anotación de dichos genomas, esto es, la determinación del número total de genes en los genomas, así como la función biológica que desempeña cada uno de los genes.

“En los primeros genomas bajo estudio hemos encontrado hasta tres mil 802 genes, y en las bacterias amigables en planta de chile hay un grupo de genes que se distingue porque le permite a la bacteria alimentarse de los exudados de la raíz y establecer una asociación benéfica con la planta. En este grupo de bacterias también hemos encontrado que una cepa produce metabolitos secundarios de excreción con los que es capaz de inhibir en 80 por ciento el crecimiento del patógeno Colletotrichum lindemuthianum, el cual es un hongo patógeno causante de la enfermedad llamada antracnosis en planta de frijol”, expuso.

Por su parte, el maestro en ciencias Alejandro Alvarado Gutiérrez informó que este equipo de secuenciación de siguiente generación, que se encuentra instalado en el Laboratorio de Secuenciación de la UAZ, permite conocer de forma masiva varios genomas completos en un solo corrimiento de secuenciación, a esto se le llama secuenciación masiva.

“Conocer la secuencia de las bases nucleotídicas en los genomas nos ayuda para buscar mediante alineamientos en las bases de datos de genes y genomas, las bacterias que obtenemos y con ello verificar si ya están registradas e identificadas o son desconocidas aún, así existe la posibilidad de que encontremos bacterias antes no descritas”.

Alvarado Gutiérrez destacó la importancia de esta investigación con el fin de que una vez detectados los microorganismos benéficos, el paso siguiente será probar formulaciones para contrarrestar la enfermedad en plantas y ofrecer esos resultados y conocimiento a los productores de chile y a los productores de frijol.

“Por ahora estamos secuenciando bacterias, pero también trabajaremos la parte de los hongos, que también es importante, e incluso combinar ambos —hongos y bacterias— porque finalmente en ese ambiente de rizósfera hay de todo, tanto bacterias como hongos y otros organismos”.

El doctor Saúl Fraire Velázquez informó en entrevista que el hecho de que los genomas fueran registrados en el banco de genes NCBI en EE. UU. es un logro importante porque significa, además, que los datos (coordenadas) del Laboratorio de Secuenciación Genómica de la Unidad Académica de Ciencias Biológicas de la UAZ ya están dados de alta en ese banco de genes y son de conocimiento a nivel internacional.

Principales hallazgos de la investigación

Mediante el estudio, a partir de una submuestra de la colección de aislados de bacterias, el equipo de investigadores obtuvo 26 cepas que, hasta ahora, han comprobado son capaces de inhibir en 60 por ciento o más alguno de los cuatro agentes patógenos más comunes causantes de la pudrición de la raíz en la planta de chile.

“Otro hallazgo importante es que en este grupo de 26 aislados encontramos trece cepas bacterianas que, además de inhibir a estos fitopatógenos, muestran un comportamiento amigable con la planta de chile cuando son inoculados directamente en la raíz. Algunas cepas producen además foros facilitabdo la toma de hierroproducen sidern vo de chile es de transplante, momento en el cual se puede proceder con la inácido indolacético, el cual actúa como fitohormona, y las mismas y otras cepas producen sideróforos facilitando la toma de hierro por la planta desde el suelo, en dos casos, claramente promoviendo el crecimiento en la planta”, añadió.

Los resultados obtenidos han sido expuestos por el equipo de investigadores en congresos y simposios nacionales, entre estos, el Congreso Nacional de Fitopatología edición 2016 y el IV Simposio Nacional de Herramientas de Biotecnología para una Agricultura Sustentable edición 2016.

“Hoy en día, estamos generando artículos científicos que serán publicados en revistas de carácter internacional. Un ejemplo es una cepa que corresponde a un bacilo y que demostró una identidad de 98 por ciento y cobertura de 94 por ciento con la especie Bacillus velezensis, manuscrito en proceso en una revista del consorcio editorial BioMed Central”, informó.

El equipo plantea publicar en revistas internacionales al menos otros cuatro artículos con la información de los ocho genomas restantes, en donde se aborden las particularidades de cada genoma de bacteria, así como sus bondades para la inhibición de patógenos y promoción de crecimiento de las plantas.

“Muchas de estas bacterias producen metabolitos, algunos de ellos de carácter hormonal que en la planta operan como fitohormonas. Estos actúan a nivel de la división y alargamiento celular con impacto en vigor y acumulación de biomasa promoviendo un mayor crecimiento en general de la planta”, explicó.

Las asombrosas propiedades de la bacteria 2A-2B

La bacteria 2A-2B, nombrada así por el equipo de científicos, es capaz de colonizar la rizósfera con interacción amigable en la planta de chile. Los resultados logrados a la fecha, producto de esta investigación, han demostrado que esta bacteria inhibe por lo menos 60 por ciento en cada uno de los cuatro agentes patógenos antes referidos causantes de la marchitez del chile, además de ser capaz de resistir altas concentraciones de salinidad; este es otro aspecto de resaltar para propósitos agrobiotecnológicos en consideración a suelos agrícolas afectados por acumulación de sales, donde la bacteria puede actuar en forma benéfica aminorando el efecto negativo del alto potencial osmótico del suelo sobre la raz en la planata bojo cultivogativo del alto potencial osmdCentralciaciíz en la planta de chile u otras especies bajo cultivo.

“Estas propiedades de la bacteria 2A-2B fueron relevantes para darle mayor atención en los estudios a profundidad y elaborar el primer artículo científico. Otros ocho genomas están en proceso de análisis bioinformático para su ensamble, anotación y análisis comparativos”, señaló.

Trabajo en invernadero y en campo

El doctor Saúl Fraire informó que la siguiente etapa de esta investigación consiste en realizar estudios en condiciones de invernadero para definir las formulaciones más adecuadas para estas bacterias seleccionadas, así como los consorcios entre ellas que aporten efecto benéfico en forma aditiva o sinérgica para después probarlas en campo, procurando las condiciones necesarias en donde la bacteria sea capaz de subsistir por un periodo de tiempo para establecerse en la rizósfera en planta de chile, y con ello antagonizar y disminuir la densidad de los agentes patógenos.

“Esta estrategia es viable al considerar que el cultivo de chile es de trasplante, momento en el cual se puede proceder con la inoculación con bacteria benéfica en el sistema radical para darle ventaja a la planta en la defensa con mayor eficacia ante los agentes patógenos, obteniendo mayor sanidad, vigor y producción”.

Al finalizar esta etapa de la investigación en invernadero y en campo, con las respectivas pruebas estadísticas, se determinará la bondad de estas bacterias o bacterias en consorcio, y con ello se elaborará un protocolo para ser implementado por los agricultores productores de chile.

Contacto: Dr. Saúl Fraire Velázquez

 sfraire@uaz.edu.mx