AMIGOS PARA SIEMPRE: Fitopatología - enfermedades de las plantas

enfermedad criptogámica es una enfermedad de las plantas causada por un hongo u otro organismo filamentoso parásito (caso de los Oomycetes). Cuando el afectado es un animal, la enfermedad se llama micosis.

Definición de enfermedad criptogámica

Históricamente, los hongos filamentosos y otros organismos filamentosos han sido clasificados como plantas criptógamas. Por este motivo se ha utiliza la denominación "criptogámica" para las enfermedades de las plantas causadas por este conjunto de organismos. Las diversas formas de las enfermedades criptogámicas representan aproximadamente el 90% de las enfermedades de las plantas.

Evolución general de una enfermedad criptogámica

Contaminación: las esporas de los hongos se depositan en las plantas (transportadas por el viento, por ejemplo), germinan y penetran en el interior de los tejidos. El hongo pasa a través de los orificios naturales (estomas, lenticelas), o entra por lesiones en las plantas (sobre todo por las causadas por los insectos), o incluso es capaz de atravesar la cutícula.

Incubación: el hongo se ramifica e invade las células de los tejidos o los espacios intercelulares.

Aparición y desarrollo de los síntomas, acompañado de la fructificación del hongo.

La planta atacada puede languidecer (necrosis del tejido, obstrucción de los vasos ...).

Los productos utilizados para la lucha contra las enfermedades criptogámicas son llamados fungicidas.

Ejemplos de enfermedades criptogámicas

Agrobacterium tumefaciens - sinónimo de Rhizobium radiobacter - es una bacteria que causa en las plantasdicotiledóneas unos tumores conocidos como "agallas" o "tumores del cuello", que crecen en la zona donde se unen la raíz y el tallo (cuello).

Agrobacterium es una proteobacteria alpha de la familia Rhizobiaceae, la cual también incluye a las fijadoras denitrógeno que viven en simbiosis con las legumbres. A diferencia de éstas, Agrobacterium es un parásito y causa grave daño a la planta afectada.

Es de notar que Agrobacterium no es ni el único ni el más común causante de tumores en las plantas. Muchos pueden ser causados por insectos o larvas que segregan ciertas sustancias que producen el mismo efecto aparente.

Manera de infección

La bacteria se guía por sustancias que la planta expulsa (fenoles; entre los más conocidos se encuentran laacetosiringona, la vainillina y el ácido p-hidroxibenzoico) a través de heridas pequeñas, por las que se introduce. Se ubica entonces en los espacios intercelulares y desde allí transfiere a las células de la planta un fragmento de su material genético, un plásmido (ADN circular extracromosómico bacteriano) para transferir un segmento de ADNconocido como T-DNA o ADN-T, que se integra en alguna zona del genoma de la planta.

Este T-DNA inyectado por el Agrobacterium contiene genes que provocan la producción de reguladores del crecimiento vegetal, de lo cual resulta el desarrollo del tumor. El T-DNA también contiene genes codificadores deenzimas que causan que la planta produzca aminoácidos especializados llamados opinas. Éstas son una fuente de energía específica para A. tumefaciens, pero no para otros organismos. Existen gran variedad de opinas, y cada cepa de A. tumefaciens suele dar lugar a un único tipo de opina. Por ejemplo, la cepa C58 produce nopalina como opina.

Biotecnología

La capacidad de transmisión de ADN por el Agrobacterium está siendo extensamente explotada en biotecnología, como medio de insertar genes foráneos dentro de las plantas y desarrollar organismos modificados genéticamente. Se trata entonces de un vehículo óptimo para operaciones de ingeniería genética. Entre los transgénicos creados por este método están las plantas productoras del insecticida Bt, una toxina originalmente producida por el Bacillus thuringiensis.

Los laboratorios del proyecto australiano CAMBIA obtuvieron relevancia al desarrollar una versión de Agrobacterium tumefaciens modificada mediante tecnología decódigo abierto.

Un organismo transgénico es aquel cuyas células poseen un fragmento de material genético que proviene de otro organismo diferente. Este material genético “externo” ha sido insertado en él mediante técnicas de ingeniería genética. Cualquier organismo puede ser transgénico: se suele hablar solamente de plantas transgénicas, pero también pueden serlo animales, bacterias y cualquier ser vivo en general.

Imagen de Agrobacterium tumefaciens vista al microscopio.

Cuando nos referimos a un transgénico, éste ha sido creado por técnicas de ingeniería genética en un laboratorio. Sin embargo, como suele ocurrir, la naturaleza se adelantó al ser humano: mucho antes de que el ser humano hubiera ni siquiera descubierto el ADN, ya existían organismos capaces de llevar a cabo sus transgénesis particulares. Hoy os presentamos a la bacteria más famosa en biotecnología de plantas:Agrobacterium tumefaciens.

A. tumefaciens es un parásito de plantas, es decir, crece a expensas de la propia planta. Esta bacteria tiene unas pequeñas moléculas de ADN en su interior que, como explicamos en el capítulo anterior, son plásmidos. Los plásmidos son de vital importancia a la hora de hacer ingeniería genética, ya que es el lugar donde suelen ir los genes que vamos a introducir en un organismo. Otra cosa importante de los plásmidos es que no son estables en células eucariotas (como las de las plantas y los animales), es decir, que son eliminados por la maquinaria celular.

Estructura de un plásmido Ti. La región de T-DNA se encuentra entre el borde derecho y borde izquierdo, que son dos secuencias que permiten detectar dónde empieza y acaba el T-DNA. En el resto del plásmido encontramos la región de virulencia, otra zona donde se encuentran los genes que permiten aAgrobacterium utilizar las opinas como alimento y un origen de replicación que permite la replicación del plásmido en Agrobacterium.

A. tumefaciens en concreto presenta un plásmido de gran tamaño denominado Ti (tumor inducing). En este plásmido se encuentra la mayor parte de los genes que intervienen en el proceso de infección mediante el cual penetra en la planta. Como podéis ver en la imagen, el plásmido Ti tiene dos zonas:

– T-DNA: es un fragmento del plásmido que es transferido de A. tumefaciens a las células de la propia planta. Por lo tanto, todos los genes que se encuentren en esta zona van a formar parte del genoma de las células vegetales infectadas. En esta región encontramos genes que promueven la división celular (provocando la aparición de tumores en plantas) y genes de síntesis de opinas (biomoléculas utilizadas como alimento por Agrobacterium).

– Región de virulencia: tiene los genes que van a intervenir en el proceso de infección de la planta y de transferencia de la región T-DNA hacia la célula vegetal (estos genes, por ejemplo, contienen la información para hacer proteínas que crean un canal de la bacteria hasta la célula de la planta, como si fuera una jeringuilla).

Os preguntaréis, ¿por qué Agrobacterium infecta y transfiere parte de su material genético a la planta? Ocurre que, al contrario que muchas bacterias que captan los nutrientes de su entorno o son capaces de producirlos, Agrobacterium es un parásito: consigue, mediante la transferencia de genes, que la planta que inicialmente no sintetizaba opinas, ahora sea capaz de sintetizarla para que ella (la bacteria) pueda alimentarse con esas opinas. Además, transfiere genes que provocan un aumento de la división de las células de las plantas infectadas, para garantizarse una buena producción de opinas.

Esquema del proceso de infección llevado a cabo A. tumefaciens

Cuando en la planta sufre una pequeña herida, libera ciertas sustancias que pueden atraer a Agrobacterium hacia ella. Una vez la bacteria reconoce a la planta, pone en marcha un mecanismo muy complejo: corta el fragmento de T-DNA de sus plásmidos Ti, y, mediante un poro que abre en la célula vegetal con su “jeringuilla”, se lo pasa. El T-DNA está preparado para introducirse en el ADN de la célula infectada, porque está unido a ciertas proteínas de Agrobacterium que tienen la función de llevarlo hasta el núcleo e integrarlo en un cromosoma. El sitio donde se incluye el fragmento de T-DNA no es determinado, sino más bien al azar.

Un árbol con los tumores provocados por la infección deA. tumefaciens.

Una vez el T-DNA se inserta en el genoma de la célula de la planta, ésta empezará a expresar los genes que contiene y a dividirse incotroladamente. Entonces estas células empezarán a producir opinas que serán utilizadas por Agrobacterium para crecer. Además, todas las células que provengan de la célula infectada, las cuales han formado el tumor debido a su crecimiento desmesurado, tendrán el T-DNA también, por lo que producirán más opinas y Agrobacterium podrá crecer sin problemas.

El descubrimiento de la existencia y el ciclo de vida de Agrobacterium tumefaciens y otrasAgrobacterium permitió la modificación genética de plantas, que hasta ese momento no era posible. No se sabía cómo poder modificar de forma estable una planta, pero sí que se tenían los conocimientos para manipular genéticamente una bacteria. Y esta en concreto tiene una verdadera jeringuilla que nos permite introducir en las células vegetales un fragmento de ADN… y que se inserte en su genoma sin que antes sea destruido, que es tan importante como lo anterior. Así que en el siguiente capítulo veremos qué hacer con Agrobacterium para que introduzca en las plantas el gen que queremos.