Construction of a Four-Strain Synthetic Bacillus Consortium and Evaluation of Its Biocontrol Efficacy Against Tomato Fusarium Wilt Caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici

En el mundo oculto bajo el suelo, se libra constantemente una guerra silenciosa. En un lado están las plantas, y en el otro, invasores microscópicos que buscan robar sus nutrientes y desactivar sus sistemas de soporte vital. Para los agricultores que cultivan tomates, uno de los enemigos más persistentes es un hongo llamado Fusarium oxysporum. Este organismo vive en la tierra, esperando una oportunidad para entrar en las raíces de una planta de tomate. Una vez dentro, viaja a través de la tubería interna de la planta, bloqueando el flujo de agua y nutrientes hasta que la planta se marchita y muere. Esta enfermedad, conocida como marchitez por Fusarium, es un problema importante para los cultivadores de tomate en todas partes, especialmente para aquellos que cultivan sus cosechas en invernaderos donde el suelo se utiliza una y otra vez. Debido a que el hongo es tan obstinado y difícil de eliminar sin dañar el medio ambiente, los científicos han buscado durante mucho tiempo una solución diferente: utilizar otros seres vivos para combatirlo.

Durante años, los investigadores han intentado encontrar cepas individuales de bacterias beneficiosas que puedan actuar como guardaespaldas de las plantas. Estos son microbios diminutos que viven naturalmente en el suelo o dentro de la propia planta, y algunos de ellos producen sustancias que detienen el crecimiento de hongos dañinos. Sin embargo, confiar solo en un tipo de bacteria a menudo falla en el mundo real. Una sola cepa puede funcionar bien en un laboratorio pero tener dificultades para sobrevivir en las condiciones complejas y cambiantes de un campo agrícola. La idea que ha ganado fuerza recientemente es utilizar un equipo, o un consorcio, de diferentes bacterias trabajando juntas. Así como un ecosistema diverso suele ser más estable que una sola especie, un grupo de diferentes bacterias podría ser mejor protegiendo a una planta de lo que cualquiera de ellas podría hacerlo por sí sola. El desafío, sin embargo, es determinar exactamente qué bacterias elegir y en qué proporciones mezclarlas para que trabajen juntas sin pelearse entre sí.

Un equipo de investigadores de la Universidad Agrícola de Jilin en China se propuso construir tal equipo específicamente para los tomates. Comenzaron recolectando muestras de dos lugares diferentes: el suelo que rodea las raíces de las plantas de tomate y el tejido interno de las propias plantas de tomate sanas. Del suelo, aislaron cientos de cepas bacterianas, y del interior de las plantas, encontraron aún más. Luego sometieron a estas bacterias a una serie de pruebas para ver cuáles eran las mejores para detener el crecimiento del hongo Fusarium. Tras reducir un gran grupo de candidatas, seleccionaron cuatro cepas específicas que mostraron la mayor capacidad para inhibir al hongo en un plato de cultivo. Dos de estas bacterias provenían del suelo y dos fueron encontradas viviendo dentro de las plantas de tomate.

Los investigadores identificaron estas cuatro cepas como diferentes tipos de Bacillus, un grupo de bacterias común y resistente. Antes de poder mezclarlas, tuvieron que asegurarse de que las bacterias se llevaran bien. Probaron si las bacterias se atacarían entre sí si se colocaban en el mismo contenedor y descubrieron que no lo hacían. En su lugar, coexistieron pacíficamente, lo que significaba que podían combinarse en una sola mezcla. El siguiente paso fue la parte más difícil del rompecabezas: determinar la receta perfecta. El equipo necesitaba saber exactamente cuánto de cada una de las cuatro bacterias incluir para obtener el mejor resultado. Utilizaron un método sofisticado de probar diferentes combinaciones, variando las cantidades de cada cepa para ver qué mezcla producía la defensa más fuerte contra el hongo.

A través de este proceso, descubrieron que una de las bacterias, a la que llamaron F-29, era el miembro más importante del grupo. Actuaba como la líder o la cepa dominante, contribuyendo la mayor parte a la capacidad del equipo para combatir al hongo. Las otras tres bacterias desempeñaban papeles de apoyo, pero seguían siendo esenciales. Los investigadores calcularon que la proporción ideal para la mezcla era aproximadamente dos partes de la primera cepa del suelo, dos partes de la primera cepa de la planta, dos partes de la segunda cepa del suelo y cinco partes y media de la cepa de la planta dominante. Con esta receta específica, crearon un caldo de fermentación, que es esencialmente un cultivo líquido donde las bacterias han crecido y liberado sus sustancias protectoras.

Cuando probaron esta mezcla optimizada, los resultados fueron prometedores. El caldo líquido fue capaz de detener el crecimiento del hongo de manera efectiva, y este poder se mantuvo fuerte incluso cuando el líquido se diluía significativamente, lo que sugiere que las bacterias produjeron una defensa robusta y estable. Pero el equipo quería saber si esta mezcla podía hacer algo más que matar al hongo en un plato; querían ver si realmente podía ayudar a una planta de tomate a crecer y mantenerse sana. Aplicaron el caldo a semillas de tomate y plántulas jóvenes. Descubrieron que el tratamiento ayudaba a las semillas a brotar más rápido y a convertirse en plántulas más fuertes con raíces más largas y hojas más verdes. Las plantas tratadas también mostraron niveles más altos de clorofila, el pigmento verde esencial para la fotosíntesis, y sus enzimas internas que ayudan a procesar el nitrógeno estaban más activas.

Quizás lo más importante es que los investigadores observaron cómo reaccionaban las plantas cuando eran atacadas realmente por el hongo. Descubrieron que las plantas tratadas con la mezcla bacteriana estaban mejor preparadas para la batalla. Cuando el hongo intentaba invadir, las plantas tratadas activaban sus propios sistemas de defensa natural de manera mucho más rápida y fuerte que las plantas no tratadas. Producían niveles más altos de enzimas específicas que actúan como un escudo, ayudando a neutralizar el daño causado por el invasor. Esto sugiere que las bacterias no solo lucharon directamente contra el hongo, sino que también enseñaron a la planta a defenderse mejor.

Para ver si esto funcionaría en un entorno real, el equipo realizó un ensayo en macetas llenas de tierra. Infectaron algunas plantas de tomate con el hongo y luego trataron otras con su mezcla bacteriana. Los resultados mostraron que la mezcla era efectiva para prevenir la enfermedad cuando se aplicaba antes de la infección, e incluso fue más efectiva para curar las plantas cuando la infección ya había comenzado. Las plantas tratadas presentaron una severidad de la enfermedad significativamente menor en comparación con las no tratadas. Los investigadores calcularon que la mezcla proporcionó un efecto protector de aproximadamente el 53 por ciento y un efecto curativo del 60 por ciento.

Si bien estos resultados son alentadores, los investigadores advierten con cautela que este trabajo se realizó en un entorno controlado. La verdadera prueba vendrá cuando esta mezcla se pruebe en campos abiertos con diferentes tipos de suelo, condiciones climáticas y diversas cepas del hongo. También señalaron que, aunque saben que la mezcla funciona, aún no han identificado las sustancias químicas específicas que las bacterias producen para combatir al hongo. Comprender exactamente cómo las bacterias matan al hongo y cómo potencian el sistema inmunológico de la planta será el siguiente paso en su investigación. Por ahora, sin embargo, este estudio ofrece un ejemplo concreto de cómo combinar diferentes tipos de bacterias beneficiosas puede crear una herramienta poderosa para proteger los cultivos, ofreciendo una alternativa potencial a los pesticidas químicos para uno de los vegetales más importantes del mundo.