Por: I.A Carmen Montaña
Departamento Técnico
Agrobacterium tumefaciens es una bacteria gramnegativa del suelo que se encuentra comúnmente en todo el mundo. Es conocida por su capacidad de causar enfermedades en plantas al transferir material genético llamado T-DNA (Transfer DNA) a células vegetales huésped, lo que resulta en la formación de tumores conocidos como “tumores de la corona”.
Esta capacidad de Agrobacterium tumefaciens para transferir material genético a las células vegetales se utiliza en la ingeniería genética de plantas. Los científicos han aprendido a manipular el proceso de transferencia T-DNA de Agrobacterium tumefaciens para insertar genes específicos en las plantas huésped y modificarlas genéticamente.
Mecanismo de infección de Agrobacterium tumefaciens
El mecanismo de acción de Agrobacterium tumefaciens se basa en su capacidad para transferir de forma específica un fragmento de ADN llamado T-DNA (Transfer DNA) desde su propia célula a la célula vegetal huésped.
El proceso de infección comienza cuando Agrobacterium tumefaciens reconoce y se adhiere a una célula vegetal susceptible. A continuación, la bacteria produce una serie de moléculas llamadas señales químicas que inducen la formación de una estructura especializada llamada complejo de transferencia de pilus (T4SS) que se extiende desde la bacteria a la célula vegetal huésped. El complejo de T4SS permite que la bacteria transfiera el T-DNA y otras moléculas desde su propia célula a la célula vegetal huésped.
Una vez que el T-DNA se encuentra dentro de la célula vegetal huésped, queda integrado dentro del genoma y empieza a expresarse, lo que provoca la formación de tumores en la planta huésped. El T-DNA incluye genes que codifican la producción de hormonas de crecimiento vegetal, que estimula el crecimiento celular y la formación del tumor, así como genes que permiten a Agrobacterium tumefaciens utilizar los nutrientes producidos por la célula vegetal huésped para su propia nutrición.
Agrobacterium radiobacter K84
Agrobacterium radiobacter k84 es una cepa bacteriana que se utiliza como biocontrolador en la agricultura para el manejo de la infección por Agrobacterium tumefaciens, bacteria patógena que causa la agalla de la corona en las plantas.
Agrobacterium radiobacter k84 es capaz de colonizar la superficie de las raíces de las plantas y competir con Agrobacterium tumefaciens mediante la producción de una enzima que degrada la hormona vegetal ácido 3-indolacético (IAA), que es esencial para la formación de tumores de la agalla. Al degradar la IAA el Radiobacter K84 previene la formación de tumores y, por lo tanto, protege a la planta de la infección de Agrobacterium tumefaciens.
El ácido 3-indolacético es una fitohormona natural producida por las plantas y por algunas bacterias como Agrobacterium radiobacter k84. El IAA está involucrado en muchos procesos de crecimiento y desarrollo de las plantas, incluyendo la formación de raíces y la regulación del crecimiento de las células. En el caso de Agrobacterium radiobacter k84, la producción y secreción de IAA se utiliza como mecanismo de biocontrol para inhibir la virulencia de Agrobacterium tumefaciens y prevenir la formación de tumores en la planta huésped.
El mecanismo exacto por el cual el IAA producido por Agrobacterium radiobacter k84 inhibe la formación de tumores inducido por Agrobacterium tumefaciens aún no está totalmente claro; sin embargo, se ha propuesto que el IAA producido por Agrobacterium radiobacter k84 puede actuar en varios niveles dentro de la célula de Agrobacterium tumefaciens para interferir con el proceso de transferencia de material genético a la célula vegetal huésped.
Se sugiere que el IAA de Agrobacterium radiobacter k84 puede actuar en el nivel de la regulación genética, al interferir con la expresión de genes involucrados en la transferencia de material genético a la célula vegetal huésped. También se ha propuesto que el IAA producido por Agrobacterium radiobacter k84 puede actuar a nivel de la formación y estabilidad del complejo proteico que se utiliza para transferir el material genético. Además, este IAA puede actuar en la membrana celular de Agrobacterium tumefaciens para alterar su permeabilidad y su capacidad para interactuar con la célula vegetal huésped.
El mecanismo de acción del Agrobacterium radiobacter k84 para prevenir la formación de tumores en la planta se basa en la producción de enzimas que degradan la hormona vegetal ácido indolacético (IAA) de Agrobacterium tumefaciens.
El IAA es producido por Agrobacterium tumefaciens en las células vegetales infectadas y es el principal responsable de la formación del tumor de la agalla. Agrobacterium radiobacter k84, al ser una bacteria competidora, utiliza una estrategia para evitar la formación de tumores al degradar la IAA producida por Agrobacterium tumefaciens, lo que impide el crecimiento descontrolado de las células huésped.
Las enzimas responsables de la degradación del IAA de Agrobacterium tumefaciens son la indolacetonitrilo hidrolsa (IANase) y el indolacético acida mido hidrolasa (IAAH), que determinan el IAA en compuestos inertes que no tienen efecto sobre el crecimiento celular.
La IANase hidroliza el IAA en indolacetonitrilo y ácido acético, mientras que la IAAH hidroliza el IAA en ácido indolacético y amoníaco. Estos productos de degradación del IAA de Agrobacterium tumefaciens son inertes y no tienen efectos sobre el crecimiento celular, por lo que la acción de estas enzimas reduce la disponibilidad de IAA en las células vegetales y, por lo tanto, impide el crecimiento descontrolado de las células que llevan a la formación de tumores.
En plantas infectadas con Agrobacterium tumefaciens se recomienda evitar la aplicación de IAA extra, debido a que la bacteria puede aprovechar el IAA producido por la planta para su propio crecimiento y desarrollo. La aplicación exógena de IAA puede proporcionar una fuente adicional de nutrientes para la bacteria ya que se aumenta la actividad de proteínas virulentas, lo que aumenta la capacidad de Agrobacterium tumefaciens para infectar la planta y formar tumores.
Agrobacterium radiobacter K84 también produce un compuesto químico llamado agrocinaopina, cuya función es inhibir la capacidad de Agrobacterium tumefaciens para infectar las células vegetales y formar tumores. Se cree que actúa como un antagonista del regulador de quórum (molécula que regula la expresión de genes en función de la densidad celular) de Agrobacterium tumefaciens, lo que impide la comunicación celular y, por lo tanto, su capacidad para infectar plantas.
La agrocinaopina se une a la proteína regulatoria TraR de Agrobacterium tumefaciens, que se encuentra en la superficie de la bacteria y es esencial para la comunicación celular y la regulación de la expresión genética. Al unirse a TraR, la agrocinaopina inhibe la capacidad de Agrobacterium tumefaciens para detectar su propia densidad celular y para coordinar la expresión de sus genes virulentos, lo que impide la formación de tumores en las plantas.
Por ser Agrobacterium tumefaciens una bacteria que subsiste y persiste en la planta huésped y en el suelo, es necesario que de forma permanente se encuentre también su antagonista Agrobacterium radiobacter K84 para adelantar esa lucha biológica de antagonismo y regulación.
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