DESCIFRAN UN NUEVO GENOMA DE BACTERIAS IMPLICADAS EN EL APROVECHAMIENTO AGRONÓMICO DEL NITRÓGENO ATMOSFÉRICO

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El grupo de investigación de Ecología Genética de la Rizosfera, de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) ha secuenciado el genoma de la estirpe GR4 de Sinorhizobium meliloti. Esta bacteria es capaz de fijar el nitrógeno atmosférico posibilitando así la asimilación de éste por las plantas leguminosas con las que establece asociaciones simbióticas en la naturaleza.

Bacteria Sinorhizobium meliloti. Imagen: Francisco Martínez-Abarca.

Un grupo de investigadores de la Estación Experimental del Zaidín (EEZ), centro perteneciente a la Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha descifrado el genoma completo de una nueva estirpe (GR4) de la bacteria Sinorhizobium meliloti.

Esta secuenciación ha requerido tan sólo la participación de cinco investigadores pertenecientes a la EEZ, a diferencia de lo que sucedía hace algunos años, cuando eran necesarios grandes consorcios de investigación internacionales para llevar a cabo proyectos de esta envergadura.

“La secuencia definitiva se ha obtenido gracias a una gran cobertura de lecturas, estimada en 70 veces el tamaño del genoma, lo que ha permitido ensamblar el rompecabezas de la secuencia genómica completa de la bacteria. En la actualidad, es una tarea que se desarrolla en pocos meses a diferencia de los años que se requerían hasta hace poco tiempo”, declara Francisco Martínez-Abarca Pastor, uno de los científicos que ha participado en el estudio.

Esta bacteria, perteneciente al género Sinorhizobium, es capaz de fijar el nitrógeno atmosférico posibilitando así la asimilación de éste por las plantas leguminosas con las que establece asociaciones simbióticas en la naturaleza. Este género de bacterias pertenece a un grupo más amplio de microorganismos fijadores de nitrógeno a los que se conoce colectivamente como rizobios y que están asociados a plantas leguminosas forrajeras de gran importancia agronómica.

De esta asociación mutualista, la leguminosa consigue un aporte de nitrógeno que favorece su desarrollo, obteniéndose una mayor producción en los cultivos. Un valor añadido de estas simbiosis es que evita la necesidad de utilizar abonos nitrogenados, ya que la bacteria se encarga de que la planta tenga el correcto aporte de nitrógeno, lo que supone un gran ahorro económico en la agricultura y se evita el deterioro ambiental que causa el uso de fertilizantes químicos.

Genoma GR4

En concreto, la bacteria que ha sido secuenciada por el grupo de investigación de Ecología Genética de la Rizosfera, del Departamento de Microbiología del Suelo y Sistemas Simbióticos de la EEZ-CSIC, es la estirpe de Sinorhizobium meliloti GR4. Este aislado se lleva estudiando desde finales de los años 70 en la EEZ. Es una cepa predominante en colecciones de suelos de Granada en la cual se habían encontrado determinantes genéticos que confieren una mayor competitividad por la formación de nódulos en las raíces de plantas de alfalfa (Medicago sativa).

Este genoma se une a los de otros cuatro aislados de esta especie, Sinorhizobium meliloti, disponibles actualmente en las bases de datos.

El genoma de GR4 consta de 5 unidades replicativas independientes.Las primeras estimaciones apuntan a codifica 6.700 proteínas, y al menos 1066 moléculas de ácido ribonucleico RNA que no se traducen finalmente a proteínas, pero que como éstas pueden tener funciones biológicas muy relevantes, todas ellas por descubrir.

“El estudio funcional de este genoma permitirá profundizar en las bases genético-moleculares que rigen el establecimiento de las simbiosis mutualistas entre los rizobios y las leguminosas así como la optimización de la explotación biotecnológica de estas interacciones de tanta importancia para la sostenibilidad del planeta” concluye Martínez-Abarca.

Referencia bibliográfica:

Martínez-Abarca F, Martínez-Rodriguez L, López Contreras JA, Jiménez-Zurdo JI and Toro N (2013) “Complete Genome Sequence of the Alfalfa Symbiont Sinorhizobium/Ensifer meliloti Strain GR4. Genome Announcements 1: In press.

La secuenciación de este nuevo genoma, de 7.12 millones de pares de bases (Mbp), se ha llevado a cabo mediante la plataforma de alto rendimiento 454 GS FLX Titanium (Roche Diagnostic) en el marco del Proyecto de MICROGEN: Microbial Comparative Genomics- CSD 2009-0006, dentro del programa Consolider-Ingenio del Ministerio de Economia y Competitividad. 

EL EMPLEO DE INOCULANTES (BIOFERTILIZANTES) PERMITE REDUCIR EL USO DE FERTILIZANTES QUÍMICOS

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El empleo de inoculantes microbianos permite reducir el uso de fertilizantes tradicionales para los cultivos en unos casos, y aumentar su eficiencia en otros, ya que se basan en bacterias existentes en la rizosfera --la parte del suelo más cercana a las raíces de las plantas-- y en el interior de las propias raíces.

Estos productos se llaman biofertilizantes y, entre otros efectos, fijan nitrógeno atmosférico en las leguminosas, lo que reemplaza al abono tradicional con nitrógeno. También mejoran la eficiencia de las plantas en la absorción de los elementos químicos, y solubilizan nutrientes del suelo, para que las plantas los aprovechen mejor, de manera que mejoran la eficiencia de los abonos.

Los biofertilizantes, además, contribuyen a desarrollar la industria en el medio rural puesto que "se adaptan mejor y, por tanto, son más eficaces las bacterias autóctonas", lo cual favorece la producción de inoculantes en empresas locales, al contrario que los productos químicos que "por su homogeneidad pueden ser producidos por una multinacional en cualquier lugar del mundo", según ha destacado el profesor de la Universidad de León (ULE) Fernando González Andrés, investigador del Instituto de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Biodiversidad, que dirige esta investigación en la ULE.

El objetivo es "utilizar" microorganismos autóctonos y específicos para cada cultivo desarrollados por una empresa local, aunque para que la empresa sea viable "es necesario crear una cartera amplia de productos", según ha subrayado González Andrés en declaraciones realizadas a Europa Press.

No obstante, ha advertido de la dificultad de "proteger con patentes" estos microorganismos ya que, como seres vivos, "no se patentan", aunque "sí se puede registrar el microorganismo y patentar el producto final formulado" para la agricultura.

COMIENZOS

González Andrés ha aclarado que el proyecto se inició en 2005 para conseguir microorganismos que sustituyeran "completamente" el empleo de abono con nitrógeno en leguminosas, concretamente para la alubia de la Indicación Geográfica Protegida (IGP) La Bañeza-León.

En la actualidad el consorcio de centros públicos de investigación que participan en el proyecto está formado por la ULE, la Universidad de Salamanca, y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas de Salamanca.

Los investigadores trabajan no sólo en inoculantes para reemplazar el abono nitrogenado en las leguminosas, sino en otros biofertilizantes con el fin de mejorar la nutrición de cultivos como el pimiento de la IGP Fresno-Benavente, la alfalfa de Tierra de Campos, el plantón de fresa, zanahorias, tomate y, a través de un proyecto de cooperación al desarrollo, también con la habichuela y el banano de la República Dominicana. Desde 2010 estos productos microbianos no solo están basados en bacterias sino también en hongos micorrícicos.

Para su financiación, el consorcio cuenta con el apoyo de la Junta de Castilla y León, el Ministerio de Economía y Competitividad (Mineco) y la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (ACID), aunque su financiación "no ha sido ajena a la crisis".

ORIENTADA AL MUNDO EMPRESARIAL

La investigación de este consorcio tiene una "clara vocación" de transferencia a empresas, lo que se concreta en la colaboración con el sector agropecuario para desarrollar un proyecto que ha recibido financiación del Mineco dentro del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2008-2011, a través de la convocatoria Innpacto, cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (Feder).

Según las mismas fuentes, el objetivo principal del proyecto es lanzar al mercado un producto tecnológicamente avanzado que "maximice" el aprovechamiento del abono en por parte de los cultivos, para lo cual presenta "diferentes abordajes" en función de la naturaleza química del abono, así como de las propiedades físico-químicas y biológicas del suelo donde se va a aplicar.

En todos los casos, la maximización de la eficiencia "va paralela a una reducción de las pérdidas de nutrientes en el suelo", lo que tiene "un doble beneficio, tanto para el agricultor como medioambiental".

PRESUPUESTO

El importe total de la financiacion del MINECO y los fondos FEDER es de 1.096.769,70 euros, de los cuales se ha concedido un presupuesto de 68.528,40 euros a la ULE, con una duración de cuatro años.

La financiación recibida por el grupo de investigación de la  Universidad de León denominado 'Ingeniería Química y Ambiental:  Bioprocesos', para la realización de este proyecto "permite la  transferencia a la empresa y en consecuencia a la sociedad", de los  conocimientos generados por el grupo, el cual ha recibido otros tres proyectos de la misma convocatoria Innpacto.

DESARROLLAN PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS BASADOS EN MICROORGANISMOS PARA LA AGRICULTURA

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Científicos de la Universidad de León, la Universidad de Salamanca y el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), trabajan en varios proyectos de investigación para desarrollar productos microbianos que mejoren la nutrición de las plantas y la defensa contra patógenos.

Los trabajos del IRENA de la Universidad de León, la Universidad de Salamanca y el IRNASA (CSIC) se centran en mejorar la nutrición de las plantas y en defenderlas de patógenos. Foto: DiCYT.

Las plantas necesitan tomar nutrientes del suelo para su desarrollo, por lo que éstos van agotándose y deben reponerse con el abonado. "Pero las plantas tienen limitaciones para acceder a los nutrientes del suelo, porque por una parte algunos se encuentran en formas no asimilables y, por otra parte, las raíces exploran solamente un determinado volumen de suelo, pero si se amplía el sistema radicular, se mejora la absorción de nutrientes y, por tanto, el rendimiento de los cultivos”, explica Fernando González Andrés, investigador del Instituto de Recursos Naturales y Medio Ambiente (IRENA) de la Universidad de León y uno de los responsables de estos proyectos.

En el suelo existen multitud de microorganismos, la inmensa mayoría de ellos beneficiosos. “Cuanta mayor biodiversidad microbiana tenga un suelo, más fértil se considera”, informa González Andrés. Durante los últimos años, el equipo de trabajo ha seleccionado entre los microorganismos del suelo que viven en la rizosfera de las plantas o en el interior de las raíces aquellos que son útiles como fitofortificantes, productos que favorecen que los cultivos se desarrollen y se defiendan de patógenos y condiciones adversas.

Estos microorganismos tienen diferentes modos de acción. El más clásico y explotado es la fijación de nitrógeno atmosférico en las leguminosas por parte de bacterias del género Rhizobium y afines. Otros modos de acción son la estimulación del crecimiento de las raíces, mejorando la capacidad de absorber nutrientes, la conversión en asimilables de formas insolubles de fósforo o hierro, o la mejora de la respuesta de la planta ante situaciones de estrés, porque impiden la formación de la hormona del estrés, que es el etileno. Por otra parte son agentes de biocontrol, contra enfermedades. Los investigadores resaltan que un aspecto primordial de la investigación es la bioseguridad, por eso, solo trabajan con bacterias completamente seguras para el medio ambiente y el ser humano.

Los resultados de las investigaciones de este grupo no llegan solamente a las revistas científicas, sino también al usuario final, que en este caso, el agricultor. Así lo demuestra el consorcio de centros públicos formado por el IRENA de la Universidad de León, la Universidad de Salamanca y el IRNASA (CSIC) que trabaja en la actualidad en un proyecto INNPACTO concedido en la última convocatoria (2011). Este subprograma del Ministerio de Economía y Competitividad está dedicado a financiar proyectos en cooperación entre organismos de investigación y empresas para la realización conjunta de proyectos de I+D+i, con el fin de garantizar la explotación de los resultados.

Tecnología solidaria en la República Dominicana

Los conocimientos adquiridos por parte de los investigadores se están transfiriendo a países con menor desarrollo tecnológico. Una de las acciones más importantes es un Proyecto de Cooperación Interuniversitaria (PCI) con República Dominicana de la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID), que implicó en los últimos cinco años a la Universidad de León, la Universidad de Valladolid y la Universidad de Salamanca, por parte de Castilla y León, junto a la Universidad Autónoma de Santo Domingo en el desarrollo de biofertilizantes para la República Dominicana. Esta línea de investigación, que acaba de ser renovada, ha dado lugar a varias publicaciones en revistas científicas y a comunicaciones en congresos desde 2006.

Los biofertilizantes son productos formulados a bases de microorganismos, para su uso en agricultura. La principal finalidad del proyecto PCI es formar a los científicos dominicanos para que aprendan a desarrollar sus propios productos, pues la clave del éxito de los biofertilizantes es que estos estén basados en bacterias del suelo autóctonas, presentes de manera natural en los mismos lugares en los que van a ser empleados, de forma que se mejora la adaptación al medio.

El proyecto tiene dos partes. La primera, trata del uso de inoculantes (concentrados de bacterias) de microorganismos rizobios para leguminosas, en concreto, para habichuela y guandul, que es una planta leguminosa muy extendida en el país caribeño.

La segunda parte está basada en el trabajo con biofertilizantes de segunda generación, que además de rizobios incluyen otras bacterias y hongos micorrícicos y que no sólo se emplean en leguminosas, sino también en musáceas y café, por ejemplo.

Estos estudios son especialmente interesantes para América Latina "porque los biofertilizantes son más baratos que los fertilizantes químicos” y, por lo tanto, son más accesibles en las zonas con pocos recursos económicos. Además, se desarrollan de manera local, porque los microorganismos que se emplean deben ser autóctonos para no alterar los ecosistemas. En la actualidad, el proyecto está en fase de desarrollo de los biofertilizantes, aislando los microorganismos que se emplearán en el producto final.

De esta manera, lo que en España es una investigación puntera se convierte además en un proyecto solidario y de cooperación que ayuda a otros países a avanzar a la vez en el campo de la Ciencia y en el desarrollo económico.