El tomate y la biotecnología

La agricultura está experimentando importantes implementaciones en el campo de la biotecnología mediante el empleo de organismos vivos en el proceso de producción agrícola.

Sintomatología provocada por la inoculación de un begomovirus en plantas de tomate bajo condiciones controladas en laboratorio.

En términos generales, la biotecnología es un área multidisciplinaria que consiste en el uso de organismos vivos (o compuestos obtenidos a partir de organismos vivos) para la obtención de productos de alto valor para el hombre. Como tal, la biotecnología ha sido utilizada para la elaboración de pan, bebidas alcohólicas (cerveza, vino, etc.), queso o yogur. Procesos que requieren de la actividad de bacterias o levaduras, para convertir un producto natural como leche o jugo de uvas, en un producto de fermentación como el yogurt o el vino. Por otro lado, la biotecnología también tiene numerosas aplicaciones en agricultura. Un ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo gracias a la acción de microorganismos al descomponer los residuos orgánicos presentes en él.

En agricultura, la biotecnología se orienta a la superación de los factores que limitan la producción agrícola mediante la obtención de nuevas variedades tolerantes a condiciones hostiles, ya sean de índole edafoclimático (déficit hídrico, acidez o salinidad de suelo, etc.), fisiológico (fijación de nitrógeno, captación de elementos nutritivos, etc.) o sanitario (plagas y enfermedades). Con las técnicas de biotecnología moderna es posible la aparición de variedades con características mejoradas que posibilitan la obtención de una mayor producción sin sacrificar la calidad de la misma y acortar los ciclos de producción ganando en precocidad y mejores precios, entre otros. Incluso, problemas relacionados con el control de enfermedades y malezas pueden ser tratados genéticamente en lugar de con productos químicos. En definitiva, la ingeniería genética (proceso de transferir ADN de un organismo a otro) aporta grandes beneficios a la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales.

Biotecnologías benéficas aplicadas

Los consumidores nacionales e internacionales demandan cada vez más productos alimenticios producidos mediante tecnologías sostenibles. La biotecnología ofrece soluciones, a través del uso de microorganismos, a problemas de tipo fitopatológico o nutricional, entre otros. Uno de los principales problemas en el proceso de producción es la presencia de plagas y enfermedades, por lo que para asegurar la producción de tomate en México con una menor dependencia de fitosanitarios, se requiere de la adopción de la mejor y más moderna biotecnología.

  • Uso de hongos micorrícicos arbusculares (HMA): Al asociarse con las plantas, los HMA funcionan como un biofertilizante que las protege frente a enfermedades al estimular su sistema de defensa vegetal, disminuyendo así el empleo de productos fitosanitarios necesarios para el control de éstas.

La mayoría de los estudios realizados dentro del campo del biocontrol, demuestran que la simbiosis micorrícica reduce o controla enfermedades de suelo que afectan al sistema radical de la planta. No obstante, algunas investigaciones muestran también la eficiencia de la micorrización en la reducción de los síntomas ocasionados por enfermedades en el follaje. Tal es el caso del cultivo de tomate infectado por el hongo necrotrófico Alternaria solani, agente causal del tizón temprano, donde la inoculación con el HMA Glomus intraradices y la adición de fósforo, redujo significativamente los síntomas de la enfermedad en comparación con plantas testigo, presentándose un efecto de resistencia sistemática inducida, similar al efecto mediado por rizobacterias (Fritz et al., 2006).

Algunos mecanismos involucrados en la tolerancia a fitopatógenos son la acumulación de fitohormonas como el ácido jasmónico o el ácido abscísico. Sin embargo, Shaul et al (1999) muestra que plantas de tabaco micorrizadas con G. intraradices fueron más susceptibles al daño provocado por Botrytis cinerea que las no micorrizadas. Este resultado se debe a que durante la colonización del HMA hay una supresión del sistema de defensa vegetal y por lo tanto, puede presentarse más susceptibilidad al ataque de fitopatógenos aéreos. Sin embargo, un estudio llevado a cabo por el CIATEJ con plantas micorrizadas de petunia (solanácea igual al tomate) con Glomus mosseae, muestra una disminución de los síntomas provocados por B. cinerea, indicando que el efecto sobre la planta depende de la especie de hongo micorrícico.

Por otro lado, con relación a enfermedades virales en plantas existen pocos estudios sobre el efecto de la micorrización en la severidad de éstas. Miozzi et al (2011) muestra que en plantas de tomate micorrizadas con G. mosseae la infección causada por el virus del bronceado del tomate (TSWV es un tospovirus) disminuye. Además, las concentraciones de fitohormonas (ácido jasmónico, ácido salicílico y ácido abscísico) no están correlacionados con la presencia de síntomas u concentración viral.

Morales-Aguilar, CIIDIR-IPN Unidad Sinaloa (2011), reportó que plantas de tomate micorrizadas con G. intraradices e infectadas con el Begomovirus PepGMV presentaron una disminución de síntomas, al igual que ocurría según Maffei et al (2014) con plantas infectadas con el Begomovirus TYLCV y micorrizadas con G. mosseae.

Actualmente CIIDIR-IPN y CIATEJ están desarrollando importantes proyectos de investigación en cultivos bajo abrigo relacionados con la evaluación de distintas especies de hongos micorrícicos arbusculares, así como consorcios de éstos y otras estrategias moleculares para disminuir el efecto de virus fitopatógenos sobre la producción de tomate. Los resultados de estas investigaciones contribuirán al avance significativo de distintas estrategias para el desarrollo de productos comerciales para el control biológico de enfermedades virales en plantas como el tomate.

Otro grupo de microorganismos en el desarrollo de “biopesticidas” son los actinomicetos, un tipo de bacterias que se encuentran en múltiples ambientes. Bacterias de este grupo se han evaluado en el laboratorio del CIATEJ contra diversos hongos fitopatógenos como Fusarium oxysporum, Fusarium f. sp. lycopersici, Fusarium solani y Phytophthora capsici. Los resultados confrontaron 80 aislados de actinomicetos con los 4 microorganismos fitopatógenos. El resultado es prometedor, atribuido al efecto de inhibición en el crecimiento de entre 40-90% de los microorganismos fitopatógenos evaluados. Los mecanismos de acción son diversos. Sin embargo, el más inspeccionado es la producción de antibióticos y metabolitos secundarios relacionados con la degradación de la pared celular de los hongos/oomicetos.

Aún con los avances logrados en este tipo de investigaciones, es necesario el estudio con mayor detalle tanto de la interacción existente entre los microorganismos benéficos como los HMA y los actinomicetos con la planta como su capacidad para inducir tolerancia o resistencia a patógenos en condiciones bajo abrigo y/o a campo abierto. El objetivo final de estas investigaciones es la generación de productos biotecnológicos, a base de estos microorganismos, que sean efectivos como productos de control biológico o como biofertilizantes.

Es interesante comentar que algunos productos a base de microorganismos benéficos que incluyen HMA; actinomicetos (principalmente del género Streptomyces) y rizobacterias están disponibles en el mercado. Al igual que con el empleo de productos químicos, es importante seguir con cuidado las instrucciones recomendadas por los fabricantes, ya sea para mejorar la nutrición vegetal o para el control de enfermedades, con el fin de obtener el mejor resultado posible.

  • Uso de virus conocidos como bacteriófagos o fagos que atacan a bacterias fitopatógenas, en particular a Xanthomonas y Pseudomonas. Así en E.U.A., la empresa OmniLytics, Inc. comercializa un producto (AgriPhage) a base de estos agentes para controlar enfermedades del tomate en producción bajo abrigo. En CIATEJ existe un programa sistemático de aislamiento y caracterización de bacteriófagos contra agentes bacterianos causantes de enfermedades en plantas. En particular, se tiene una colección de bacteriófagos con capacidad para matar a bacterias de los géneros Pseudomonas Xanthomonas.
  • Uso de extractos vegetales para la inhibición del crecimiento de agentes fitopatógenos.
  • Por último, ADN recombinante: Producción de organismos genéticamente modificados (OGM) para introducir características de interés comercial tanto en el proceso de producción agrícola como en el producto final del tomate. Por ejemplo, se tienen variedades de tomate con tolerancia a herbicidas, resistencia a insectos plaga o variedades que producen frutos de tomate con maduración retardada. Esta biotecnología aún tiene varias etapas legales que cumplir en México, por lo cual, en este momento no está disponible a nivel comercial. A pesar de esto, una vez que la biotecnología de los OGM esté disponible para emplearse en el campo mexicano, podría favorecer la disminución significativa del uso de agroquímicos empleados actualmente en la producción de tomate, y de esta manera, contribuir de manera relevante a satisfacer la demanda tanto de consumidores nacionales como internacionales.