La espectroscopia de masas de alta resolución detecta bacterias del suelo como biopesticidas potenciales
Los investigadores encontraron una forma mucho más rápida de descubrir las bacterias del suelo como posibles bioestimulantes y biopesticidas.
Investigadores de la Universidad de Johannesburgo (UJ) identificaron compuestos de señalización diez veces más volátiles de las bacterias en comparación con estudios recientes.
Las rizobacterias pueden proteger los cultivos del estrés abiótico y biótico al aumentar el crecimiento de las plantas y la autodefensa de las plantas. Los agricultores utilizan las bacterias como cubierta de semillas o inoculantes. Los productos orgánicos son amigables con el medio ambiente y pueden reducir la necesidad de fertilizantes y pesticidas artificiales.
Para cultivos como el trigo, el maíz y los tomates, las bacterias beneficiosas de las plantas que viven en la zona de las raíces pueden proteger significativamente las plantas y estimular su crecimiento. La protección bacteriana también puede ser efectiva cuando las plantas están estresadas.
En un estudio publicado en MetabolitosInvestigadores de la Universidad de Johannesburgo (UJ) demuestran un enfoque mucho más rápido para detectar bacterias para su uso potencial como fertilizantes y pesticidas naturales.
Cultivaron cuatro cepas prometedoras de rizobacterias en el laboratorio. Luego analizaron las moléculas de señalización producidas por las bacterias utilizando técnicas metabolómicas.
Usando un nuevo enfoque, identificaron la asombrosa cantidad de 121 compuestos orgánicos volátiles (COV) diferentes producidos por solo las cuatro cepas. Esto es entre 10 y 20 veces lo que identifican la mayoría de los estudios de investigación publicados actualmente.Impulso natural para el crecimiento y la protección
Entre los 121 COV, encontraron tres formas de ácido salicílico. Estos COV fueron producidos por tres de las cuatro cepas bacterianas.
″Encontramos tres derivados del ácido salicílico: salicilato de metilo, salicilato de isoamilo y salicilato de n-hexilo.
“El ácido salicílico es una hormona vegetal que juega un papel importante en el crecimiento de las plantas e induce resistencia a las enfermedades”, dice el Dr. Msizi Mhlongo. Mhlongo es el autor principal del estudio y profesor titular en el Departamento de Bioquímica de la UJ.
El salicilato de metilo es mejor conocido fuera de los círculos de investigación por ser el químico detrás del aroma de la gaulteria, que se agrega a la loción corporal, los parches para lesiones deportivas y los alimentos.
″El salicilato de metilo es volátil y puede viajar por la planta en el aire. Pero también es una señal móvil en la planta: puede viajar desde las raíces hasta las hojas de una planta. “Las raíces pueden decirle a las hojas que se despierten y desencadenar resistencia” utilizando salicilato de metilo. Esta forma de resistencia es la Resistencia Sistémica Adquirida (SAR),’ dice el profesor Ian Dubery, también del Departamento de Bioquímica de la UJ y supervisor del estudio.
distinguir los signos
Los investigadores utilizaron espectrometría de masas de alta resolución para distinguir entre las 121 moléculas de COV.
″Es la sensibilidad del instrumento, la alta velocidad de escaneo y su capacidad para distinguir masas moleculares que están muy cerca unas de otras lo que lo hizo posible. También la capacidad del software para separar los picos moleculares”, añade Mhlongo.
Las tres formas de ácido salicílico que encontraron son valiosas por su capacidad para desencadenar la resistencia sistémica inducida (ISR) en algunos cultivos. El ISR es el ‘sistema inmunitario inducido’ impulsado por las raíces que ayuda a las plantas a protegerse cuando están estresadas o bajo ataque. Los agricultores pueden aumentar la ISR en sus cultivos con recubrimientos o inoculantes de semillas de rizobacterias.
Detección de bioestimulantes
“Buscamos las moléculas de señalización importantes que secretan estas bacterias para desencadenar un estado de resistencia en las plantas”, dice Dubery.
″No todas las bacterias en la rizosfera son inductoras activas de SAR o ISR. El propósito de este estudio fue averiguar qué cepas son mejores para inducir ISR”.
Se utilizaron cepas de rizobacterias del sur de ÁfricaPseudomonas koreensis, Pseudomonas fluorescens, Lysinibacillus sphaericus y Paenibacillus alvei . El profesor Nico Labuschagne de la Universidad de Pretoria proporcionó las cepas de su colección de aislados de rizobacterias.
Los ensayos de invernadero anteriores realizados por Labuschagne en Sudáfrica identificaron las cuatro cepas por su potencial bioestimulante y biopesticida para el trigo, el maíz y los tomates.
″Generalmente, el proceso de detección de bacterias comienza aislándolas de un entorno, como un tipo de suelo o humedal. Puede examinarlos para detectar la presencia de una sola molécula o un grupo de moléculas. Luego haría pruebas de seguridad, seguidas de pruebas de invernadero, luego pruebas de campo antes de lanzarlas comercialmente”, dice Dubery.
El ‘bioma intestinal’ de la planta
Bajo buenas condiciones sin mucho estrés, las rizobacterias se conectan con las plantas y sus raíces, al igual que las bacterias intestinales se conectan con sus huéspedes humanos, dice Dubery. Las rizobacterias permiten que las plantas absorban nutrientes como nitrógeno y fósforo, entre muchas otras actividades.
En tiempos de estrés abiótico, las rizobacterias ayudan a defender sus plantas asociadas. Puede ser falta de agua, altas temperaturas o alta salinidad en el suelo. También bajo estrés biótico como infección por hongos, virus o bacterias patógenas; o amenazada por malas hierbas u otras plantas; las rizobacterias se intensifican para aumentar las defensas químicas de sus plantas asociadas.
Las rizobacterias consiguen todo esto produciendo compuestos orgánicos volátiles (COV), como los identificados por los investigadores de la UJ.
Los COV actúan como señales de comunicación como “llamadas de ayuda”, defensas bioquímicas y biofertilizantes de diversas formas.
Las rizobacterias pueden enviar señales a otros microbios utilizando COV, dice Mhlongo. Los microbios pueden enviar señales a las plantas. Incluso es posible que las plantas envíen señales a los microbios, agrega. Ya han escrito uno revisión exhaustiva de la investigación sobre este tema en el que se basa el presente estudio.
Detección antes de los ensayos de campo
Los resultados del estudio muestran el elevado número de moléculas señalizadoras producidas por las cuatro cepas bacterianas. El trabajo de seguimiento deberá investigar la cantidad, concentración y consistencia de la producción.
“A medida que se realizan más investigaciones, los enfoques bioestimulantes se vuelven más confiables”, dice Mhlongo.
″Las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) son específicas para cada cultivo. Lo que funciona bien para los tomates, el trigo y el maíz puede no funcionar para las espinacas. Este tipo de investigación nos ayuda a saber qué bacterias vegetales específicas promoverán el crecimiento e inducirán la resistencia”.
Los análisis de COV como este estudio pueden crear ‘biomarcadores’ para estudios futuros, agrega Mhlongo. Como ejemplo, las tres formas de ácido salicílico encontradas en este estudio podrían definirse como un biomarcador para la resistencia a SAR e ISR inducida por plantas.
Cuando se evalúan otras rizobacterias para inducir la resistencia de las plantas, no es necesario realizar ensayos de invernadero o de campo para descartar las no iniciadoras. En cambio, se puede realizar un análisis similar para los COV de estas bacterias mediante espectrometría de masas de alta resolución. Esto hace posible la exclusión temprana de cepas o combinaciones de cepas que no producen un grupo deseado de moléculas, como diferentes formas de ácido salicílico.
Artículo de revista: Perfil de compuestos orgánicos volátiles de cuatro rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal por SPME-GC-MS: un estudio de metabolómica DOI: 10.3390/metabol12080763
La 4ta Cumbre Internacional sobre Biopesticidas, Bioestimulantes y Nuevos Fertilizantes (BioEx 2023) tendrá lugar los días 9 y 10 de marzo en Hangzhou, China. Nos complace invitar a oradores de los sectores comercial, de investigación, de extensión, gubernamental, regulatorio y agrícola a enviar sus propuestas y resúmenes para presentaciones orales.
Fuente: Luz Novus
