Una bacteria que aporta nitrógeno, alternativa a los fertilizantes químicos

Equipo de Resbiagro

Aplicar medidas alternativas al uso de fertilizantes nitrogenados convencionales en agricultura es uno de los objetivos en el que trabajan investigadores de todo el mundo. En este reto, un grupo multidisciplinar de la Universidad de Sevilla trabaja con una bacteria (la estirpe CIAT 899 de Rhizobium tropici) que es capaz de interaccionar con distintas leguminosas como las judías para fijar nitrógeno atmosférico que incorporan a las plantas, al tiempo que la bacteria obtiene nutrientes para su crecimiento y superviviencia.

La fijación biológica de nitrógeno se produce en unas estructuras formadas en las raíces de las plantas leguminosas, denominadas nódulos, donde se localiza las bacterias. Esta relación de simbiosis, en las que ambos organismos obtienen beneficios, es especialmente interesante en tanto que se produce de manera natural y disminuye los efectos adversos que generan los fertilizantes químicos nitrogenados.

Para que se produzca esta simbiosis se requiere un ‘diálogo molecular’ entre la bacteria y la planta. En esta comunicación, las raíces de la planta leguminosa secreta sustancias del tipo de los flavonoides que son detectadas por la bacteria que a su vez sintetiza y excreta unas moléculas, denominadas ‘factores de nodulación’, que interaccionan con la raíces de la leguminosa hospedadora y que son esenciales para la formación de los nódulos.

“Los resultados obtenidos de la regulación de las moléculas de señalización sintetizadas por CIAT 899 demuestran que esta bacteria, es capaz de sintetizar factores de nodulación no solo en presencia de los flavonoides secretados por la raíces de la leguminosa, concretamente la judía, sino también cuando la bacteria crece en condiciones de estrés osmótico, como puede ser el estrés salino. De hecho, se ha demostrado, que CIAT 899, produce más factores de nodulación en situaciones de estrés salino en ausencia de las moléculas de señalización de la planta (los flavonoides) que en condiciones no estresante y en presencia de los flavonoides excretados por las raíces de las leguminosas. Actualmente, aunque ya disponemos de fuertes indicios que indican cuál es el gen regulador responsable de la biosíntesis de los factores de nodulación en respuesta al estrés salino.”, explica el profesor de la Universidad de Sevilla, Francisco Javier Ollero.

Rhizobium tropici

“Estos estudios son muy interesantes desde el punto de vista biológico porque analizamos las señales de comunicación que ponen en contacto a un organismo superior (la planta) con otro inferior (las bacterias) con el objetivo de obtener un beneficio mutuo, pero que con nuestra investigación este “beneficio” puede ser aplicado en la agricultura con la consiguiente rentabilidad, tanto económica como medio ambiental, para el agricultor y la sociedad en general”, enfatiza este investigador.

En la actualidad más de 500 millones de personas consumen esta legumbre (la judía, alubia, poroto o frijol) en el mundo. En países como Brasil se utilizan inoculantes basados en los rizobios (biofertilizantes) para inocular los más de 5 millones de hectáreas dedicadas a su cultivo, como los más de 30 millones de hectáreas dedicadas al cultivo de la soja, leguminosa grano muy importante para el consumo humano y animal.

Año Internacional de las Legumbres

En su 68º período de sesiones, la Asamblea General de las Naciones Unidas proclamó el año 2016 Año Internacional de las Legumbres una efemérides que trata de sensibilizar a la opinión pública sobre las ventajas nutricionales de las legumbres como parte de una producción de alimentos sostenible encaminada a lograr la seguridad alimentaria y la nutrición. El Año brindará una oportunidad única de fomentar conexiones a lo largo de toda la cadena alimentaria para aprovechar mejor las proteínas derivadas de las legumbres, incrementar la producción mundial de legumbres, incrementar la superficie de legumbres inoculadas con rizobios, utilizar de manera más apropiada la rotación de cultivos y hacer frente a los retos que existen en el comercio de legumbres.

Del laboratorio a la empresa

Estos investigadores del Departamento de Microbiología trabajan en colaboración con el Departamento de Química Orgánica, con los Servicios Generales de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y de Espectrometría de Masas de la Universidad de Sevilla y con EMBRAPA soja, centro público de investigación en Brasil y con Total Biotecnología, primera empresa de producción de inoculantes en Brasil.

Planta de judía

ResBioAgro, S.L. constituida en el año 2009, nace como una spin off basada en el conocimiento generado por investigadores de cuatro grupos de investigación de la Universidad de Sevilla, promotores de la empresa, fundamentalmente aplicando los conocimientos científicos obtenidos en los estudios con los microorganismos a la biotecnología aplicada. La idea de creación de ResBioAgro está basada en proporcionar soluciones alternativas a la agricultura salvaguardando el medioambiente, pieza clave de la idea emprendedora.Tras más de dos décadas de investigación, muchos de los resultados obtenidos se han visto además materializados en la puesta en marcha de ResBioAgro, S.L. Una empresa de base tecnológica (EBT) de la Universidad de Sevilla que desarrolla su propio conocimiento y tecnología para ponerlos en valor y transferirlos, en cooperación y alianza con los grupos de investigación y empresas del sector, con el objetivo de utilizar microorganismos como aliados eficaces para aportar soluciones biotecnológicas al sector agroalimentario, energético y ambiental, a través de productos y servicios de calidad respetuosos con el medio ambiente.

Referencia bibliográfica:

 Opening the “black box” of nodD3, nodD4 and nodD5 genes of Rhizobium tropici strain CIAT 89. Pablo del Cerro, Amanda Alves Paiva Rolla-Santos, Douglas Fabiano Gomes, Bettina Berquó Marks, María del Rosario Espuny, Miguel Ángel Rodríguez-Carvajal, María Eugenia Soria-Díaz, André Shigueyoshi Nakatani, Mariangela Hungria, Francisco Javier Ollero y Manuel Megías. Publicado en BMC Genomics. 2015. DOI: 10.1186/s12864-015-2033-z

Regulatory nodD1 and nodD2 genes of Rhizobium tropici strain CIAT 899 and their roles in the early stages of molecular signaling and host-legume nodulation. Pablo del Cerro, Amanda Alves Paiva Rolla-Santos, Douglas Fabiano Gomes, Bettina Berquó Marks, Francisco Pérez-Montaño, Miguel Ángel Rodríguez-Carvajal, André Shigueyoshi Nakatani, Antonio Gil-Serrano, Manuel Megías, Francisco Javier Ollero y Mariangela Hungria. Publicado en BMC Genomics 2015. DOI: 10.1186/s12864-015-1458-8