image: Foliar endophytic fungi are part of the plant leaf microbiome, and are easily grown in culture. view more
Credit: Natalie Christian
A quienes aman los brownies o una buena taza de chocolate caliente les dará gusto saber que unos héroes diminutos pueden estar ayudando a proteger el suministro de chocolate del mundo. Los científicos del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) en Panamá encontraron que al exponer pequeñas plantas de cacao a los microbios de plantas de cacao adultas y saludables se redujo a la mitad las posibilidad de que la planta se infectecon el patógeno del cacao, Phytopthora palmivora. El estudio fue publicado el 5 de julio en Proceedings of the Royal Society B.
"Cuando los bebés humanos pasan a través del canal del parto, sus cuerpos recogen una serie de bacterias de su madre. Estos microbios fortalecen su sistema inmunológico y hacen que el bebé sea más saludable", comentó Natalie Christian, estudiante de doctorado en la Universidad de Indiana y autora principal del artículo. "Demostramos que en las plantas sucede un proceso similar: los árboles de cacao adultos también pasan microbios protectores a las pequeñas plantas de cacao".
Los científicos de STRI han investigado las interacciones entre las plantas y sus microbios durante los últimos 20 años. Fueron los primeros en demostrar que en los bosques tropicales, donde crece el cacao, cada hoja alberga cientos de hongos y bacterias y que la aplicación de microbios útiles a las hojas en los tratamientos de campo protege al cacao de la enfermedad. Descubrieron que especies específicas de hongos, como el Colletotrichum tropicale, protegen a las plantas de sus enemigos -los patógenos e insectos que se alimentan de ellas. La investigación en STRI también ha demostrado que, al igual que con los seres humanos, los microbios estimulan la capacidad de las plantas para defenderse y han demostrado la magnitud y extensión de los efectos endófitos en la expresión genética del huésped.
El 30 de junio, luego de un artículo publicado en Nature, por el becario de post doctorado de STRI Scott Mangan, un grupo de 50 investigadores de 12 países, publicó un artículo en la revista Science (con Joe LaManna de la Universidad de Washington en St. Louis como autor principal) que muestra que los parientes cercanos de las plantas son malos vecinos y que las interacciones negativas entre los parientes son más fuertes en los trópicos, lo que puede explicar por qué los bosques tropicales son tan ricos en diversidad de especies: Debido a que las plántulas no les va bien junto a sus parientes, hay más espacio para llenar por aquellas especies que no están emparentadas.
"Donde se obtiene una acumulación de cualquier especie, se obtiene una acumulación de sus enemigos", comentó el científico y coautor de STRI, Allen Herre. "Un árbol madre puede infectar a sus plántulas con patógenos que pueden matarlas si están demasiado cerca. En este estudio más reciente mostramos que los padres también pueden tener un efecto positivo al suministrar una buena microbiota a sus plántulas".
El equipo primero cultivó plantas de cacao a partir de semillas esterilizadas en cámaras estériles para que no tuvieran hongos residentes en sus hojas. Luego dividieron las plantas en grupos, colocándoles hojas muertas de plantas de cacao sanas en un conjunto de macetas, hojas mixtas del suelo del bosque en otro grupo y sin hojas en el tercero, dando a diferentes grupos de microbios la primera oportunidad de aterrizar y colonizar las hojas "vírgenes" de las plántulas.
Luego los investigadores llevaron las plantas al bosque, imitando el proceso natural por el cual las hojas jóvenes son gradualmente colonizadas por hongos que viajan en el aire o que se contienen en gotas de agua de lluvia. Finalmente, el equipo volvió a traer las plántulas al invernadero y las infectó con el patógeno Phytopthora palmivora, (literalmente conocido como el "destructor de plantas"), que representa del 10 al 20 por ciento de la pérdida en la producción de cacao en todo el mundo.
Tres semanas más tarde, hicieron un balance del daño. Las plantas expuestas a hojas sanas de cacao experimentaron significativamente menos daño que las plantas cultivadas sin la exposición. Además, las hojas de las plántulas cultivadas con hojarasca de plantas de cacao sanas mostraron sólo la mitad del daño sufrido por las plantas cultivadas con hojas mixtas del suelo del bosque.
Para ver si este resultado podía ser explicado por los microbios dentro de las hojas, el equipo utilizó dos métodos diferentes: el método tradicional de colocar pedazos de hoja en placas de petri revestidas con agar para ver qué hongos crecieron y secuenciar directamente el ADN de hojas esterilizadas en su superficie.
"Descubrimos que por el cultivo de los microbios de las hojas y que también por la secuenciación directa de ADN de los hongos del tejido vegetal, que uno de los hongos más comunes en las plántulas de cacao es su protector, el Colletotricum tropicale. Y no sólo eso, sino que también era mucho más común en las hojas de plantas jóvenes cultivadas con hojarasca de adultos de cacao saludables", comentó Christian. "Lo que esto significa es que el C. tropicale de la hojarasca de árboles adultos es capaz de meterse rápidamente en hojas jóvenes y expulsar a otros microbios, incluyendo patógenos, evitando así que colonicen".
"No sólo nos demostró que el cultivar semillas rodeadas de hojas de adultos saludables puede mejorar enormemente su salud -un resultado potencialmente muy importante para la industria del cacao- por primera vez, estamos empezando a entender cómo las comunidades microbianas se reúnen en hojas de cacao y otras especies en la naturaleza y lo que puede influir en su capacidad para proteger las plantas", comentó Herre.
El Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, en ciudad de Panamá, Panamá, es una unidad de la Institución Smithsonian. El Instituto promueve la comprensión de la naturaleza tropical y su importancia para el bienestar de la humanidad; capacita estudiantes para llevar a cabo investigaciones en los trópicos; y fomenta la conservación mediante la concienciación pública sobre la belleza e importancia de los ecosistemas tropicales. Sitio web: http://www.stri.si.edu. Video Promocional: https://www.youtube.com/watch?v=M9JDSIwBegk
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