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.

Los factores bióticos (medio ambiente) afectan:

Ecosistema

Comunidad

Población

Individuo

Tipos de interacciones en la rizósfera:

1. Interacción entre raíces de plantas y m.o.

2. Interacción entre m.o.

Comunidad microbiana

de la rizósfera

Fijación de N2

Estabilización de suelos

Suministro de agua

Promoción del

crecimiento

Biocontrol

Antibiosis

Simbiosis

Enfermedad

Fitotoxicidad

Competencia

Alelopatía

Ataque

Liberación de enzimas libres

Fijación de nutrientes

Benéfica

Dañina

Neutra o variable

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 negativas:

Antibiosis

Competencia

Amensalismo

Depredación

Parasitismo

Interacciones positivas:

Neutralismo

Mutualismo

Sinergismo

Simbiosis

Protocoperación

Comensalismo

Interacciones entre los m.o.

Efecto de la interacción

Tipo de interacciones Población/es

pecies A

Población/

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-diacetilfluoro-

glucinol

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

Antagonismodirecto

Hiperparasitismo/depredación

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

Antagonismoindirecto

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

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

Fitohormonas

P-solubilización

Fijación de nitrógeno

Inducción de resistencia

sistémica

Disminución de toxicidad

de metales pesados

Mecanismos indirectos

Sideróforos

Metabolitos antifúngicos, antibióticos

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 Rhizobiuminteractúan 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 microbianoGrupo 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.