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Las Bacterias como Patógenos Vegetales -  Español
(Bacteria as Plant Pathogens)

Vidaver, A.K. and P.A. Lambrecht 2004. Las Bacterias como Patógenos Vegetales. Trans. Ana María Romero. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-I-2006-0601-01

Anne K. Vidaver y Patricia A. Lambrecht
Departamento de Patología Vegetal, Universidad de Nebraska, Lincoln, NE, EEUU.
Traductor: Ana María Romero. Fitopatología-Facultad de Agronomía, Universidad de Buenos Aires, Argentina.
Redactores: Sylvia Fernández-Pavía1, Pedro Uribe2 y Niklaus J. Grünwald3
1 Instituto de Investigaciones Agropecuarias y Forestales, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, México
2 USDA-ARS, Salinas, CA
3 Horticultural Crops Research Laboratory, USDA ARS, and Department of Botany and Plant Pathology, Oregon State University, Corvallis, OR

Introducción

Las bacterias son microorganismos unicelulares, generalmente con un tamaño de 1-2 µm, que no pueden verse a simple vista (Figura 1). Las bacterias asociadas a las plantas pueden ser benéficas o dañinas. Todas las superficies vegetales tienen microbios sobre ellas (epífitos), y algunos microbios viven dentro de las plantas (endófitos). Algunos son residentes y otros transitorios. Las bacterias se encuentran entre los microorganismos que colonizan a las plantas en forma sucesiva a medida que éstas maduran. Las células bacterianas individuales no se pueden observar sin un microscopio, sin embargo, poblaciones grandes de bacterias se vuelven visibles en forma de agregados en medio líquido, como biofilms en plantas, suspensiones viscosas taponando los vasos de las plantas, o como colonias en placas de Petri en el laboratorio. Generalmente se requieren poblaciones de 106 UFC (Unidades Formadoras de Colonia/mililitro) o mayores para que las bacterias funcionen como agentes de control biológico, con fines beneficiosos, o como patógenos, causando enfermedades infecciosas.


Figura 1

En todo el mundo, las bacterias fitopatógenas causan muchas enfermedades serias (Vidhyasekaran 2002; Figura 2), pero en menor número que los hongos o los virus, y también ocasionan relativamente menores daños y costos económicos (Kennedy y Alcorn 1980). La mayoría de las plantas, silvestres y cultivadas tienen inmunidad innata o resistencia a muchos patógenos. Sin embargo, muchas plantas pueden hospedar fitopatógenos sin desarrollar síntomas (asintomáticas).


Figura 2

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Fronteras: Áreas de investigación presentes y futuras

Las áreas de investigación actuales y más estimulantes en relación a las bacterias asociadas a las plantas son el resultado de nuevos descubrimientos intelectuales, análisis y campos de estudio, así como de nuevas técnicas e instrumentos no disponibles hace una década. Por ejemplo, la secuencia de genomas, que consiste en la lectura ordenada de miles de nucleótidos que constituyen el ácido desoxirribonucleico (ADN) de un organismo, ahora es relativamente común. Sin embargo, de los más de 166 genomas bacterianos secuenciados y publicados (National Center for Biotechnology Information/NCBI 2004) sin incluir a Archaea, sólo ocho son fitopatógenos. Junto con la secuenciación y su enorme acumulación de datos ha surgido el campo de la bioinformática, que facilita la comunicación entre científicos y el análisis de los datos, particularmente de estudios comparativos y evolutivos. Aún pasos supuestamente simples como el registrar un gen, o su nombre y función, permanecen como un desafío. La American Phytopathological Society (Sociedad Fitopatológica Norteamericana) ha manifestado la necesidad de que se secuencien otras bacterias (APS 2003). Para que el aprovechamiento sea máximo, como sería la identificación inequívoca de un organismo y la determinación del número y ubicación de sus genes de virulencia, es necesario un registro completo de la secuencia del genoma (Fraser et al. 2002). El análisis de la expresión del ADN a través de pasos intermedios con "microarrays" es una herramienta poderosa que está surgiendo (Hinds et al. 2003). De manera semejante, se empieza a disponer de métodos para caracterizar el complemento proteico completo (proteómica) de un organismo (Graves and Hayward 2002). Estas técnicas nuevas, y que siguen evolucionando, permiten el estudio de la virulencia (severidad de la enfermedad) y la patogenicidad (la habilidad para causar enfermedad), la identificación y tipificación (análisis de la similitud o diferencia relativa a otras cepas) de cepas (bacterias descendientes de un mismo aislamiento cultivado), la evolución y dispersión de bacterias, y la expresión y regulación de genes. Estos descubrimientos se están realizando tanto con variantes bacterianas naturales y como con mutantes obtenidos en el laboratorio. Se espera que estos hallazgos permitan un mejor manejo de las enfermedades.

Se están conociendo en detalle los mecanismos de patogenicidad de las bacterias fitopatógenas (Ahlemeyer and Eichenlaub 2001, Burger and Eichenlaub 2003). Los genes de virulencia y patogenicidad pueden estar ubicados en diferentes replicones (unidades de replicación independientes), dispersos en todo el/los cromosoma/s o en áreas especializadas llamadas islas genómicas o de patogenicidad (Arnold et al. 2003), en virus bacterianos integrados en el cromosoma o en estado de "transporte", y en uno o más elementos extra-cromosómicos (plásmidos). Las funciones de la mayoría de los genes, incluyendo aquellos en elementos extra-cromosómicos, se desconoce y se estima que cada bacteria tiene aproximadamente el 40% de su genoma dedicado a genes únicos, no presentes en otras especies.

Normalmente las poblaciones bacterianas deben desarrollarse para que muchas bacterias sobrevivan e infecten a las plantas. Las dosis infectivas por lo general están en el orden de los millones de células. En muchos casos, y tal vez en todos, las células se comunican químicamente entre ellas ("quorum sensing") y con otras especies. Estas moléculas químicas sensoras están siendo estudiadas intensamente (Federle and Bassler 2003). En algunos casos, y tal vez en la mayoría, los microorganismos se organizan en crecimientos densos para formar biofilms que se adhieren firmemente a las superficies, sirviéndoles como protectores contra los elementos y permitiendo a las células bacterianas producir un ambiente favorable para sobrevivir y dispersarse.

Algunas estructuras usadas por las bacterias para insertar compuestos químicos dentro de las células vegetales están muy estudiados, tales como el sistema de secreción llamado del Tipo III (hay cinco tipos conocidos actualmente). El sistema Tipo III funciona de manera semejante a una jeringa y émbolo para transportar proteínas producidas por el patógeno que causan enfermedad o desencadenan la defensa en la planta (Pociano et al. 2003; Figura 3). Estos mecanismos tienen una similitud sorprendente e inesperada con los hallados en patógenos animales y humanos (Cao et al. 2001). Hay incluso unas pocas cepas de bacterias que cruzan reinos: pueden infectar tanto vegetales como humanos. La base genética para tal novedad es de gran interés y significancia en relación con las enfermedades infecciosas.


Figura 3

Las plantas transgénicas disponibles comercialmente y aquellas en desarrollo, dependen del uso de un patógeno "desarmado", Agrobacterium tumefaciens, como vector para insertar genes de interés. Aún perduran muchos desafíos en la transformación de ciertas especies y variedades vegetales, así como para la expresión predecible y estable de transgenes (Gelvin 2003).

Los desafíos y oportunidades para el futuro de la microbiología vegetal son muchos (Vidaver 1999). Lo mejor está por llegar. Por ejemplo, uno de los desafíos actuales es proveer plantas saludables para los humanos durante los viajes y la exploración espacial de larga duración (Ferl et al. 2002).

Con respecto a las plantas, se están explorando muchas vías (Vidhyasekaran 2002). La comprensión y manipulación de la resistencia en las plantas es extremadamente importante. La resistencia puede estar dada por uno o varios genes de resistencia (o genes R) a patógenos específicos que tienen genes de virulencia. Si los genes de virulencia disparan una respuesta de defensa por parte del hospedante, se les llama genes de avirulencia (avr). Si la resistencia es más general, pueden estar involucrados una variedad de mecanismos de defensa preformados, estructurales y químicos, incluyendo también productos químicos inducidos (resistencia local o sistémica adquirida) (Phuntumart 2003). El uso de modelos, particularmente Arabidopsis thaliana, para los estudios de interacciones con patógenos, está permitiendo una comprensión más clara de la susceptibilidad y resistencia aplicables a plantas más complejas (Heath 2002). También se están secuenciando genomas de plantas importantes, habiéndose completado ya el del arroz. Alelos y cromosomas múltiples, así como caracteres complejos son todavía desafíos para la comprensión y manejo de la resistencia del hospedante.

Se espera que la compilación de la información de la secuencia y análisis funcional tanto de patógenos como de plantas de cultivos importantes aporte nuevos puntos de vista, útiles para el manejo sustentable de las enfermedades, lo que depende del conocimiento básico de estas bacterias.

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Historia

Hace aproximadamente 325 años los humanos vieron por primera vez células bacterianas individuales, cuando fueron magnificadas por el primer microscopio. Sólo han pasado poco más de 100 años desde que una bacteria fue implicada como agente causal de una enfermedad vegetal. En 1878 se demostró que las bacterias estaban asociadas con el tizón de fuego de las manzanas y peras en Illinois y Nueva York en EEUU (Burril 1878). (Lección sobre el tizón de fuego). La enfermedad causada por Erwinia amylovora, ahora dispersa en muchas de las zonas templadas del mundo, permanece como un factor limitante para el crecimiento saludable de manzanos y perales (Figura 4). En 1885, J.C. Arthur aisló una bacteria de plantas enfermas, la cultivó y después inoculó al mismo hospedante para reproducir una enfermedad que ocurría naturalmente. Después la recuperó de tejidos enfermos, completando lo que se conoce como los postulados de Koch (Arthur 1885). Y sólo han pasado aproximadamente 120 años desde el desarrollo de medios semisólidos estériles, primero gelatina y luego agar con el agregado de varios nutrientes, que permitió el aislamiento de cultivos puros (Koch 1881), una técnica hoy en día ya de rutina.


Figura 4

Las bacterias como patógenos vegetales pueden causar enfermedades graves y económicamente dañinas, ocasionando desde manchas, mosaicos o pústulas en hojas (Figura 5) y frutos, o podredumbres malolientes de tubérculos hasta la muerte de las plantas. Algunas causan una distorsión de las hojas y tallos relacionada con hormonas, llamada fasciación (Figura 6),o agalla de corona, una proliferación de células vegetales produciendo una abultamiento en el cuello de las plantas (Figura 7) y sus raíces.


Figura 5

Figura 6

Figura 7

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Biología Básica

Las bacterias asociadas con las plantas tienen morfología variada, como puede verse con los microscopios convencionales con una amplificación de 400x a 1000x. Inicialmente, estas formas constituyeron una manera simple de diferenciarlas. Hay bacilos (bastones), cocos (esféricas), bastones pleomórficos (tendencia hacia formas irregulares) y formas espiraladas. La mayoría de las bacterias asociadas con las plantas son bastones. Sin embargo, la ciencia moderna ha demostrado por análisis bioquímico, genético y de biología molecular que estas bacterias son bastante heterogéneas. Algunas están relacionadas y se agrupan con patógenos animales y humanos.

Mediante diferentes tipos de microscopía (Microscopía Básica), principalmente fluorescente, confocal, de contraste de fases y microscopía electrónica, se pueden ver diferentes partes de las células bacterianas (Figura 8). Los colorantes generalmente son útiles en la diferenciación de las estructuras.


Figura 8

Los cromosomas compuestos por ADN están enrollados y puede haber más de uno por célula. Las bacterias pueden tener plásmidos - entidades genómicas extra-cromosómicas - los que pueden codificar para factores de virulencia esenciales o, por el contrario, factores de control biológico, los que son productos químicos efectivos contra bacterias deletéreas u hongos. En algunas bacterias se pueden ver gránulos de almacenamiento. Las células bacterianas pueden tener o no apéndices: flagelos, usualmente en los polos de las células (para el movimiento) y fimbrias o pili, unos apéndices más pequeños parecidos a hilos, generalmente en varios lugares. Hay algunas evidencias de que las células flageladas producen lesiones más grandes que los mutantes no flagelados. Se cree que las fimbrias son útiles para la adherencia, algo así como Velcro®. Los flagelos y las fimbrias, así como distintas partes de la pared celular y de la membrana celular, pueden contener sitios receptores de virus bacterianos (bacteriófagos) (Figura 9). Sin embargo, las bacterias que no tienen apéndices detectables también pueden ser patógenos efectivos.


Figura 9

En medios de laboratorio, con temperaturas óptimas de 20-30°C (68-86°F), los patógenos vegetales generalmente crecen más lentamente que las bacterias no patógenas aisladas de plantas. Esto a veces dificulta el aislamiento. Unas pocas bacterias crecen a 37°C (99°F) o más, la temperatura a la que crecen los patógenos humanos, por ej. Burkholderia cepacia, (APSnet Feature: Burkholderia cepacia: Amigo o Enemigo). Algunas pueden crecer lentamente a 10-12°C (50-54°F). La mayoría de las bacterias fitopatógenas son aeróbicas, algunas anaerobias facultativas (pueden crecer con o sin oxígeno), y unas muy pocas son anaeróbicas. En concentraciones altas, acompañando el crecimiento de las colonias (cada colonia tiene aproximadamente 107 to 108 células) en medio sólido, se pueden formar pigmentos característicos dentro de la colonia o éstos pueden ser excretados en el medio de cultivo; a veces se necesita una iluminación especial (por ejemplo UV) para ser detectados (Figura 10). Ocasionalmente, los pigmentos bacterianos pueden ser detectados en semillas (Figura 11). El medio necesario para el crecimiento puede ser simple o complejo; algunas bacterias no se pueden cultivar (Fastidious Vascular-Colonizing Bacteria). Algunas bacterias pueden producir compuestos volátiles característicos, frecuentemente con un olor desagradable. Un ejemplo son las que causan el olor de las papas podridas.


Figura 10

Figura 11

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Reproducción

En general, las bacterias se reproducen por fisión binaria (una célula se divide en dos), pero el proceso es complejo. Si están presentes, los elementos de ADN extra-cromosómicos o plásmidos se reproducen en sincronía con el cromosoma bacteriano, pero bajo ciertas condiciones se pueden perder naturalmente o por manipulación química ("curado"). Muchos patógenos vegetales tienen plásmidos, por ejemplo cepas de Pantoea (syn: Erwinia) stewartii subsp. stewartii (Lección sobre el marchitamiento de Stewart del maíz) pueden tener hasta 13 plásmidos cuya función es desconocida (Coplin et al. 1981). La variación genética en ambientes naturales, por ejemplo en el campo, está posiblemente subestimada por la falta de muestreo y caracterización. Por ejemplo, en un solo campo se han detectado al menos siete variantes patogénicas del tizón y marchitamiento de Goss del maíz, Clavibacter michiganensis subsp. nebraskensis (Smidt and Vidaver 1987). La transferencia horizontal - el pasaje de ADN de una célula bacteriana a otra - se puede realizar en el laboratorio y se asume que es responsable de mucha de la variación genética entre cepas de una especie, y aún entre especies, en condiciones naturales. Las bacterias también pueden tener integrado en sus cromosomas profagos - una forma estable heredada de un virus bacteriano - o remanentes de un profago. Si un fago (= bacteriófago) entero se integra, algunas células se pueden lisar (romper) naturalmente o se puede inducir la lisis con tratamientos químicos, por ej. con mitomicina C. Hay un caso muy raro en el que aparentemente factores de patogenicidad y una potente toxina mamífera están presentes en un bacteriófago no integrado en Rathayibacter toxicus (Ophel et al. 1993).

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Sistemática

La mayoría de las bacterias fitopatógenas son Gram negativas, clasificadas dentro del Phylum Proteobacteria, o Gram positivas, en el Phylum Actinobacteria. Cuando se ven al microscopio óptico con un aumento de 1000x, las células bacterianas Gram positivas y Gram negativas aparecen de color púrpura o rojo, respectivamente, usando colorantes específicos (Figura 12). Los distintos colores reflejan diferencias en la retención de los colorantes por las respectivas paredes celulares bacterianas durante el proceso de tinción. La diferenciación posterior se basa en características químicas o fisiológicas, por ej. la composición de la pared celular, la producción de enzimas, utilización diferencial de sustratos, etc. La caracterización molecular del ARN ribosomal 16S también puede distinguir a las bacterias entre sí. Los ribosomas están codificados por una parte del cromosoma bacteriano altamente conservada y representa sólo una pequeña parte del genoma. Pero el "estándar de oro" para determinar relaciones filogenéticas es la homología ADN:ADN realizada por hibridización o secuenciación genómica. Esos análisis a veces no coinciden con los análisis ribosomales.


Figura 12

La interpretación de las relaciones entre bacterias varía con el tiempo, las nuevas técnicas y los datos disponibles. Así, los nombres dados a una bacteria pueden ir cambiando en el tiempo. Leer literatura científica y tomar decisiones legislativas sin conocer todos los sinónimos de una bacteria en particular puede ser un desafío. Una nomenclatura actualizada de bacterias fitopatógenas se encuentra en Young et al. (1996), y también se puede acceder electrónicamente a bases de datos sobre nomenclatura bacteriana (Cuadro 1), las que se actualizan frecuentemente. Estas listas incluyen los nombres históricos y todos los publicados para una bacteria en particular.

Cuadro 1.
Bacterias Fitopatógenas
Sitios de Interés en la red

Nomenclatura Bacteriana Nomenclatura Bacteriana Actualizada
http://www.dsmz.de/bactnom/bactname.htm
Lista de Nombres Bacterianos con Validez en la Nomenclatura http://www.bacterio.cict.fr/
Manual de Bergey de Bacteriología Sistemática 2da Edición – Lineamiento Taxonómico de los Procariotes http://dx.doi.org/10.1007/bergeysoutline200210
Microbiología Células Vivas http://cellsalive.com/
El Mundo de los Microbios http://www.microbeworld.org/
Museo de las Bacterias http://www.bacteriamuseum.org
El Portal de Información Microbiológica http://www.microbes.info/
Patología Vegetal Libro Guía de Fitopatología en Internet http://www.pk.uni-bonn.de/ppibg/ppigb.htm
Indice de Fotos sobre el Control de Enfermedades Vegetales http://plant-disease.ippc.orst.edu/image_index.cfm
Publicaciones sobre Enfermedades de las Plantas UNL IANR http://www.ianr.unl.edu/pubs/plantdisease/

Además, debido a la dificultad para diferenciar algunas bacterias fitopatógenas específicas de ciertos hospedantes, en la literatura se puede encontrar el concepto de patovar o variantes patogénicas y razas, diferenciadas por el rango de hospedantes. Este sistema es diferente al utilizado para nombrar patógenos de animales y humanos, donde se pueden reconocer diferencias en el rango de hospedantes, pero éstas no forman parte del nombre de un organismo. La presencia de plásmidos esenciales también complica la sistemática de bacterias fitopatógenas. La bacteria patógena Agrobacterium tumefaciens causa agalla de corona en un gran número de hospedantes (lección sobre agalla de corona). Sin su plásmido inductor de tumores (llamado plásmido tumor-inductor o Ti) las cepas son equivalentes a la no patogénica A. radiobacter.

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Supervivencia

Por lo general, en condiciones naturales las bacterias fitopatógenas sobreviven en residuos vegetales sobre la superficie del suelo, en o sobre semillas, en el suelo, y asociadas con hospedantes perennes. Pero algunas bacterias también pueden sobrevivir en el agua, y algunas hasta en objetos inanimados, o sobre o dentro de insectos. Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus, el agente causal de la podredumbre anular de la papa, sobrevive en maquinaria y material de empaque. Conocer la forma de supervivencia suele ser esencial para prevenir la diseminación y para el manejo de la enfermedad.

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Diseminación

La diseminación de las bacterias fitopatógenas es fácil, pero afortunadamente no siempre resulta en enfermedad. Generalmente ocurre por partículas de suelo y arena llevadas por el viento, las que causan heridas, especialmente durante o después de lluvias o tormentas (Figura 13). Las heridas son esenciales para el ingreso de muchos fitopatógenos. Los aerosoles generados por fluctuaciones diurnas de temperatura permiten la diseminación, siempre que la temperatura y humedad están en concordancia (Hirano and Upper 1989). Algunas enfermedades vegetales requieren ciertas condiciones de temperatura; por ej. Pseudomonas syringae (synonym: P. savastanoi) pv. phaseolicola causa enfermedad por debajo de 22°C (72°F) y Xanthomonas campestris (syn: X. axonopodis) pv. phaseoli, por encima de 22°C en poroto (Phaseolus vulgaris). Ambas enfermedades pueden ocurrir simultáneamente en plantas susceptibles si las temperaturas diurnas y nocturnas permiten el progreso de la enfermedad. Semilla infestada (contaminada superficialmente) o infectada o cualquier parte de la planta pueden ser fuentes de inóculo. La maquinaria, ropa, material de empaque y el agua también pueden diseminar patógenos, así como también los insectos y los pájaros. El monocultivo continuo en una zona generalmente permite el aumento de inóculo, haciendo más fácil la diseminación de los patógenos.


Figura 13

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Interacciones Hospedero-Patógeno

Las bacterias pueden infectar a las plantas de varias maneras. En general se considera que la infección es pasiva, es decir accidental, aunque se ha informado de unos pocos casos de quimioatractivos. Las bacterias pueden entrar a la planta a través de aberturas naturales tales como estomas, hidatodos o lenticelas y también por heridas en hojas, tallos o raíces, o ser introducidas por ciertos insectos fitófagos. Las condiciones de nutrición de las plantas pueden favorecer la multiplicación en diferentes partes de la planta, por ej. flores o raíces. El inóculo llevado por la lluvia que es arrastrada por el viento puede ser muy efectivo. En inoculaciones artificiales, las bacterias suelen introducirse en las plantas por heridas, aerosoles aplicados con presión para imitar las lluvias llevadas por el viento, infiltración por vacío, o por inmersión de las semillas en el inóculo.

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Sintomatología

La sintomatología de las enfermedades bacterianas es extremadamente variada, pero generalmente característica para un patógeno en particular. Los síntomas pueden variar desde mosaicos, pareciendo infecciones virales, a grandes anormalidades tales como las agallas o partes de plantas distorsionadas. La alteración hormonal puede producir crecimientos anormales característicos en raíces, tallos y estructuras florales (filodia) y a veces color anormal de las flores (virescencia). Los síntomas más comunes son las manchas en hojas (Figura 14) o frutos (Figura 15), tizones o muerte de tejidos en hojas, tallos o troncos de árboles, y podredumbres (Figura16) de raíces o tubérculos o cualquier otra parte de la planta. También pueden ocurrir marchitamientos debido al taponamiento del tejido vascular (Figura 17). Los síntomas pueden variar con el fotoperíodo, variedad vegetal, temperatura y humedad, y la dosis de infección. En algunos casos, los síntomas pueden desaparecer o volverse poco importantes al continuar el crecimiento de la planta. Por ejemplo, el desarrollo de la mancha Holcus o mancha bacteriana del maíz causada por Pseudomonas syringae pv. syringae se frena al comenzar el tiempo cálido y seco.


Figura 14

Figura 15

Figura 16

Figura 17

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Diagnóstico

El diagnóstico de las enfermedades causadas por bacterias no fastidiosas se basa en la presencia de síntomas característicos, el aislamiento del presunto agente infeccioso, y de pruebas fisiológicas y/o moleculares (Diagnóstico de Enfermedades Vegetales). En plantas muy infectadas, las poblaciones bacterianas en hojas o lesiones pueden alcanzar las 108 ó 109 UFC/gramo de tejido vegetal, y hasta pueden verse salir (en zoogleas) de hojas y tallos (Figura 18). Una forma simple de determinar si una enfermedad es causada por una bacteria es cortar una lesión típica o zona decolorada cerca de tejidos sanos y suspenderlo en una gota de agua en un portaobjetos. Si con un aumento de 400-1000x se ve una masa de pequeños bastones o "puntos" moverse y salir del tejido cortado, lo que se ve fluir es una corriente bacteriana (Figura 19) Sin embargo, esto no puede verse en todas las infecciones bacterianas, o puede ser que no se vean sin accesorios especiales del microscopio. Para unas pocas bacterias comunes y económicamente importantes hay disponibles comercialmente pruebas fisiológicas y serológicas, generalmente ligadas a enzimas. Se están volviendo más comunes las pruebas moleculares, como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), basados en secuencias genómicas específicas. Aún están evolucionando las pruebas de diagnóstico (Schaad et al. 2001), de modo que unas pocas están estandarizadas y validadas por múltiples usuarios, incluyendo gobiernos.


Figura 18

Figura 19

La mayoría de los patógenos vegetales puede inducir una reacción de hipersensibilidad (HR) en especies vegetales no hospedantes o en plantas indicadoras (Klement et al. 1964). La HR es un mecanismo de defensa de plantas no hospedantes en respuesta a la presencia de un patógeno. El tejido se sensibiliza al patógeno, resultando en una muerte rápida de las células vegetales locales (Figura 20), atrapando al patógeno. Esto limita efectivamente la dispersión de la infección. Se puede usar la prueba de hipersensibilidad para determinar si una colonia aislada de un tejido vegetal infectado es un patógeno. Para ello se lo introduce, en una suspensión acuosa del cultivo puro con 108 UFC/ml, en una hoja de una planta no hospedante. El tabaco (Nicotiana tabacum) se usa con frecuencia en pruebas de hipersensibilidad porque tiene hojas con espacios internervales grandes que se infiltran facilmente, pero para algunas bacterias Gram positivas se puede usar Mirabilis jalapa (maravilla ó Don Diego de noche). El colapso dentro de las 48 horas del tejido vegetal en la zona infiltrada indica que la bacteria posiblemente sea un patógeno de otro hospedante.


Figura 20

La confirmación de que el patógeno causa síntomas de enfermedad requiere de un hospedante y la realización de una prueba de patogenicidad. Un cultivo puro de la bacteria obtenida de los tejidos enfermos se inocula artificialmente en el mismo cultivar o uno relacionado, o en otra especie susceptible, con el fin de reproducir los mismos síntomas de la enfermedad. La bacteria debe reaislarse y compararse con el cultivo puro inoculado. Esta estrategia puede llevar mucho tiempo (días, semanas o meses). Con alguna práctica, la mayoría de las enfermedades bacterianas puede ser diagnosticada fácilmente. Sin embargo, las variaciones entre diferentes cepas pueden hacer necesarias pruebas más sofisticadas.

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Epidemiología y Manejo

Las enfermedades bacterianas pueden ocurrir, en principio, en cualquier planta. Para minimizarlas es necesario conocer los mecanismos de supervivencia y dispersión. El mecanismo de exclusión competitiva por parte de bacterias benéficas puede ser efectivo en la protección contra las enfermedades (Control Biologico de los Patógenos Vegetales). En el caso de la agalla de corona en rosas, es notable la excelente protección contra Agrobacterium tumefaciens conferida por A. radiobacter cepa K84 y su derivada cepa K1026, no transferible por modificación genética, (Ryder and Jones, 1991). De manera experimental, y en forma limitada comercialmente, se han usado bacteriófagos específicos como agentes de control biológico, los que tienen el mérito de no tener efectos ambientales perjudiciales.

En algunos casos, las aplicaciones de productos con cobre son efectivas para reducir el establecimiento de inóculo. Sin embargo, han surgido bacterias resistentes al cobre. En unos pocos casos, para el combate de las enfermedades vegetales se han aplicado antibióticos usados ocasionalmente también en medicina humana (Uso de Antibióticos para el Manejo de las Enfermedades de las Plantas en los EEUU). Aquí también, la resistencia a estreptomicina se ha vuelto bastante común, aunque aún no se ha detectado resistencia a tetraciclina en fitopatógenos (Vidaver 2002). Parece poco probable que aparezcan nuevos antibióticos para ser usados contra bacterias fitopatógenas. La producción de semilla limpia es esencial. Los programas de certificación para algunos cultivos, por ej. papas, requieren que se haya determinado que las plantas originales estaban libres de patógenos en el cultivo de tejidos, a partir de los cuales el crecimiento continúa en invernaderos y posteriormente a campo abierto bajo una estricta vigilancia, antes de estar disponible para la venta general al público(Lección sobre el pie negro de la papa) El entierro de residuos enfermos junto con la rotación de cultivos suele ser muy útil. El mejoramiento de las plantas para resistencia a las enfermedades (Mejoramiento para Resistencia a las Enfermedades) también puede ser exitoso, si se conocen plantas resistentes o se puede prever que la resistencia ocurra por transformación de ciertos genes, generalmente usando vectores como el plásmido Ti. Estos procesos llevan varios años, y son específicos para un cultivar en particular. Es necesario realizar una vigilancia permanente de los cultivos debido a la posibilidad de recontaminación, aparición de nuevas cepas patógenas y de hospedantes susceptibles nuevos. En ocasiones se detectan patógenos nuevos. En algunos casos, se puede obtener resistencia inducida y adquirida mediante la aplicación a las plantas de un compuesto químico u otro microorganismo específico. Esta es un área de investigación muy activa.

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Patógenos Vegetales u Organismos Relacionados Útiles

Algunas bacterias fitopatógenas u organismos relacionados, han sido usados ampliamente en la agricultura y producción de alimentos (Cuadro 2). La goma xantán es un polisacárido extracelular derivado de la bacteria fitopatógena Xanthomonas campestris pv. campestris, que se usa como espesante y gelificante en una enorme variedad de productos (Sutherland 1993). La mejor forma de realizar la transformación o ingeniería genética de las plantas es usando vectores desarmados (plásmidos) de Agrobacterium tumefaciens. La eliminación de un gen que codifica para la formación de hielo a temperaturas relativamente altas en una Pseudomonas syringae no patógena hizo historia (Lindow 1987) ya que previene el daño por heladas cuando se aplica a las plantas. Otras propiedades esperan ser descubiertas y explotadas.

Cuadro 2.
Bacterias Útiles Asociadas a las Plantas

Taxón Función
Agrobacterium radiobacter K84 y K1026 Control biológico
Agrobacterium sp. M4 Fuente de una droga experimental para la degradación del colesterol
Agrobacterium radiobacter J14 Biodegradación de Atrazina, un herbicida agrícola
Agrobacterium tumefaciens Plásmido vector para la transformación de las plantas (ingeniería genética)
Erwinia amylovora Fuente de harpina (Messenger), un inductor de la resistencia a las enfermedades en las plantas
Xanthomonas campestris pv. campestris Goma xantán, un polisacárido usado en la producción de alimentos, agricultura, cosméticos y farmacia
Diversas bacterias asociadas a las plantas Endonucleasas de restricción, enzimas usadas en investigación científica para cortar ADN en forma específica

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Agradecimientos

Agradecemos sus críticas a J. Partridge. Esta es una publicación de la Universidad de Nebraska, EEUU.

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Referencias

Ahlemeyer, J. and Eichenlaub, R. 2001. Genetics of phytopathogenic bacteria. Prog. Bot.62: 98-113. (Gram-negative bacteria).

American Phytopathological Society. 2003. Microbial genomic sequencing. Perspectives of the American Phytopathological Society (revised 2003). 21 pp.

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Arthur, J.C. 1885. Proof that the disease of trees known as pear blight is directly due to bacteria. N.Y. Agric. Exp. St. Bull. 2 n.s: 1-4.

Burger, A. and Eichenlaub, R. 2003. Genetics of phytopathogenic bacteria. Prog. Bot. 64:98-114. (Gram positive bacteria).

Burrill, Thomas Jonathan. 1878. Pear blight. Trans Ill. State Hort. Soc. 114-116.

Cao, H., Baldini, R.L. and Rahme, L.G. 2001. Common mechanisms for pathogens of plants and animals. Annu. Rev. Phytopathol. 39:259-284.

Coplin, D.L., Rowan, R.G., Chisholm, D.A. and Whitmoyer, R.E. 1981. Characterization of plasmids in Erwinia stewartii. Appl. Env. Microbiol. 42:599-604.

Federle, M.J. and Bassler, B.L. 2003. Interspecies communication in bacteria. J. Clin. Investig. 112:1291-1299.

Ferl, R., Wheeler, R., Levine, H.G. and Paul, A.L. 2002. Plants in space. Curr. Opin. Plant Biol. 5:258-263.

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