Analizan el rendimiento de una bacteria en el combate contra la roya del cafeto

Se trata de un trabajo de investigadores brasileños en dos vertientes: una más básica, sobre la resiliencia del microorganismo en un ambiente que le es hostil –las hojas de la planta–, y otra biotecnológica, en la cual verificaron que el mismo es capaz de frenar el desarrollo de un patógeno sumamente perjudicial para este cultivo

Por Ricardo Muniz  |  Agência FAPESP – En el marco de una investigación que contó con el apoyo de la FAPESP, se analizó el papel de una bacteria en el control biológico del hongo Hemileia vastatrix, el patógeno causante de la roya del cafeto, un grave desafío de la caficultura brasileña. El artículo al respecto salió publicado en la revista BMC Microbiology.

La roya infecta el tejido foliar y, en forma más severa, provoca el deshojado precoz de las plantas, con la consiguiente mengua de la tasa de fotosíntesis. Y esto puede incluso derivar en un secamiento de las ramas, con menor florada y menos frutos. El control de esta enfermedad se lleva a cabo históricamente con pesticidas a base de cobre, que pueden causar impactos en el ambiente.

“Nuestro trabajo tiene un sesgo de ciencia básica que consiste en entender el comportamiento de las bacterias que habitan en las hojas del cafeto. En primer lugar, es necesario señalar la presencia de ciertos compuestos que son perjudiciales para las bacterias y que pueden agredirlas”, explica Jorge Maurício Costa Mondego, investigador del Centro de Recursos Genéticos Vegetales del IAC, el Instituto Agronómico de Campinas (en el estado de São Paulo, Brasil), doctor en genética y biología molecular por la Universidad de Campinas (Unicamp) y uno de los autores del artículo. “En segundo lugar, las hojas son ambientes que sufren una gran presión ambiental, como producto de la acción de la luz solar y de las lluvias. Por eso pretendíamos entender de qué manera esas bacterias que viven en las hojas de los cafetos logran resistir tanto ante los compuestos que estas plantas producen como al estrés hídrico y a la incidencia luminosa.”

Aparte de este frente más básico, el estudio también abordó desafíos aplicados. El grupo de investigación apuntó a develar si esas bacterias que habitan en las hojas del cafeto logran combatir al hongo que causa la roya. El proyecto se puso en marcha con el artículo referente a la identificación de las secuencias transcritas del cafeto, derivado del Proyecto Genoma EST-Cafeto, financiado por la FAPESP y por la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa).

“Fui el autor principal de ese artículo, junto con el profesor Ramon Vidal, de la Unicamp, referente a esa compilación de las secuencias expresadas por el Coffea arabica. Ese artículo salió publicado en el año 2011. En aquel entonces ni siquiera pensábamos todavía en la metagenómica, pero fue lo que hicimos, medio que por casualidad.”

La metagenómica accidental

En medio de las secuencias transcritas de las hojas del café, se localizaron secuencias consideradas “contaminantes”. “Tomábamos esas secuencias, las ingresábamos al banco de datos y aparecía que eran de Pseudomonas spp., un género de bacteria. Eso engendró una curiosidad en nuestro grupo de investigación, que estaba coordinado por el profesor Gonçalo Pereira en la Unicamp. Nos preguntamos entonces: ¿habremos hecho sin querer una metagenómica? ¿Realmente esas bacterias habitan en las hojas del cafeto?”

Por entonces, Costa Mondego ya era investigador del IAC. Pocos años después empezó a contar también con el aporte de un alumno de iniciación a la investigación científica, Leandro Pio de Sousa, autor principal del estudio publicado en BMC Microbiology y en la actualidad doctor en genética y biología molecular por la Unicamp. “Lo llamé a Leandro para hacer esa investigación que consistía en verificar si las Pseudomonas realmente habitan en las hojas del cafeto, lo que comprobaría los datos que se habían verificado anteriormente. Él asintió en el acto.”

Ese trabajo consistió en un proceso de aislamiento de las bacterias habitantes en las hojas del cafeto en un medio de cultivo específico. Con luz ultravioleta, es posible caracterizar a las Pseudomonas, que adquieren una coloración violácea, lo que viabiliza la selección fácil de las bacterias en ese medio de cultivo. “Entonces se las recolectó y concretamos la extracción del ADN y la secuenciación de una de ellas, a la cual le dimos el nombre de MN1F.”

Al observar la composición de genes que forman parte del andamiaje genómico de esa bacteria, los científicos verificaron datos sumamente interesantes. La MN1F posee un sistema de secreción bacteriano relacionado con su sobrevida en un medio hostil, con hongos y otras bacterias. “Esto de por sí nos suministró un indicio de que esa bacteria podría estar relacionada con el control biológico, porque ese sistema de secreción produce una serie de compuestos antibacterianos y antifúngicos”, comenta Costa Mondego.

También se detectó la presencia de proteínas relacionadas con el combate contra el estrés hídrico. Con base en ello, el grupo pasó a delinear experimentos fisiológicos, como al hacer que la bacteria creciera en determinados medios de cultivo, a los efectos de comprobar lo se había observado en el genoma. “Varias de nuestras inferencias se comprobaron en los experimentos biológicos. Vimos que realmente la bacteria posee una gran capacidad para resistir a la fuerte presión osmótica, que sería análoga al estrés que ella vive en las hojas, como ante la sequía”, detalla Costa Mondego. “Asimismo, MN1F es capaz de degradar compuestos fenólicos que pueden ser nocivos para la bacteria. Y también rompe esos compuestos vegetales y los transforma en material para su propia supervivencia.”

Los investigadores testearon si la MN1F tenía capacidad para impedir o disminuir el desarrollo del hongo causante de la roya en el cafeto, que es la parte del biocontrol propiamente dicho. Se concretó una batería de experimentos, en vivero, en sala controlada y también intentando inhibir la germinación del hongo in vitro. En todos los experimentos la bacteria fue capaz de refrenar el desarrollo tanto de esporas (unidades de reproducción) como del micelio (la masa de ramificación que forma su parte vegetativa) del H. vastatrix.

Aparte de Costa Mondego y De Sousa, firman el trabajo que ahora ha salido publicado Matheus Aparecido Pereira Cipriano (IAC), Márcio José da Silva (Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética de la Unicamp), Flávia Rodrigues Alves Patrício (Instituto Biológico de la Agencia Paulista de Tecnología de Agronegocios), Sueli dos Santos Freitas (IAC) y Marcelo Falsarella Carazzolle (Laboratorio de Genómica y Expresión del Instituto de Biología de la Unicamp).

Puede leerse el artículo intitulado Functional genomics analysis of a phyllospheric Pseudomonas spp with potential for biological control against coffee rust en el siguiente enlace: bmcmicrobiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12866-022-02637-4.