Domesticación de la Guayusa (Ilex guayusa) bajo un enfoque agroecológico

¿Porqué?. Del Desarrollo Local Sustentable al Contexto Global

El modelo de producción masiva de alimentos mediante el uso indiscriminado de agroquímicos tóxicos y contaminantes debe ser transformado por nuevos paradigmas agroproductivos sustentables basados en una simbiosis vanguardista entre conocimientos y tecnologías modernas y saberes ancestrales, con mínima o nula afectación al ambiente.

Más allá, el empleo de insumos agrícolas contaminantes en ecosistemas frágiles y mega-biodiversos, como la región Amazónica, pone en riesgo el derecho de las presentes y futuras generaciones de disfrutar de ecosistemas naturales, prístinos y no intervenidos. Así mismo, los nuevos modelos de producción en la Amazonía deben actuar localmente y pensar globalmente. Esto es contribuir al desarrollo sustentable local mediante el uso racional y responsable de su mega-biodiversidad a la vez de favorecer la mitigación del cambio global que amenaza la vida sobre el planeta. En definitiva, todo impacto local en la inconmensurable espesura de nuestro “pulmón del mundo” tiene y tendrá una repercusión global.

En este contexto, surge la creación del Grupo de I+D+i de Microbiología Aplicada de Ikiam, con la finalidad de estudiar y aprovechar la biodiversidad microbiana “como sujeto y no como objeto”, conocer la función y las relaciones intra e inter específicas de los microorganismos en los ecosistemas, su rol en los ciclos biogeoquímicos y el cambio global, con especial énfasis en los ecosistemas Amazónicos. Asimismo, y no menos importante, tiene como objetivo determinar el potencial biotecnológico de los microorganismos autóctonos y sus compuestos para dar valor añadido a productos y procesos asociados, entre otras cosas, a la agricultura sustentable y la alimentación.

¿Cómo?. La Biotecnología como Eje Transversal a la Agricultura Orgánica

La guayusa (Ilex guayusa), utilizada ancestralmente por las comunidades indígenas como “bebida social” y “santo grial de la vida”, presenta un creciente interés agroeconómico por su alta demanda en el mercado nacional e internacional. Una alternativa promisoria para la domesticación de la guayusa como cultivo bajo criterios agroecológicos es indudablemente el empleo de la biotecnología. Esta es considerada como la tecnología más antigua practicada por el hombre, la cual ha ido evolucionando a la medida que el conocimiento del hombre se ha abierto paso con el transcurrir del tiempo. Hoy, a raíz de los pasos agigantados que ha experimentado la tecnología moderna, la biotecnología de microorganismos nos ofrece un sin fin de repuestas y soluciones fundamentadas en el uso racional de la biodiversidad microbiana, sus componentes celulares, moleculares y/o sus productos enzimáticos y metabólicos.

En este sentido, y como un gran secreto guardado sigilosamente durante siglos, en los últimos años se ha descubierto el rol protagónico del microbioma de la planta y su rizósfera sobre el crecimiento vegetativo, el mejoramiento del sistema inmunológico y su estado fisiológico, así como la resiliencia y resistencia sistémica de los cultivos al estrés abiótico, plagas y enfermedades.

Entre los microorganismos beneficiosos para la agricultura, se destacan las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés, Plant Growth Promoting Rhizobacteria), los hongos filamentosos antagonistas que se emplean como medios de control biológico de plagas y enfermedades, así como los hongos formadores de micorrizas. Esto comprende una maravillosa asociación simbiótica mutualista donde la planta hospedera le suministra al hongo carbohidratos procedentes de la fotosíntesis, mientras que el micosimbionte heterótrofo ayuda a la planta a captar agua y nutrientes del suelo, principalmente fósforo que posee poca movilidad. Debido a que las micorrizas se encuentran asociadas aproximadamente al 90% de las especies vegetales conocidas, entre ellas la mayoría de las plantas de interés agrícola, actualmente se emplean como fertilizantes biológicos y para la recuperación de ecosistemas frágiles y degradados.

¿Qué?. La Guayusa como un Meta-Organismo

Con un chirrido de siglos, se empieza a abrir la caja de pandora de los íntimos secretos que esconde la guayusa, establecida ancestralmente en los ecosistemas amazónicos ecuatorianos. Entre los primeros hallazgos realizados por el Grupo de I+D+i en Microbiología Aplicada, apoyado por los excelentes estudiantes de la asignatura de Micología Aplicada (S2 2018-2019)¹, se pudo evidenciar por primera vez la presencia de estructuras de hongos micorrízicos arbusculares (HMA), pertenecientes al Phylum Glomeromycota, tanto en forma de esporas aisladas de la rizosfera de plantas de guayusa como de hifas presentes en sus raíces (Figura 1 y 2). Aunque se han descrito HMA pertenecientes a los géneros Acaulospora, Gigaspora y Glomus asociados a Ilex paraguariensis (Yerba Mate), hasta la fecha no se han reportado estudios de HMA asociados a la guayusa (Bergottini et al., 2016; Gaiaid, 1986).

FIGURA 1 y 2

Sorprendentemente, también se encontraron unas estructuras “alienígenas” colonizando los espacios intercelulares de las raíces de guayusa (Figura 3). Según sus características micromorfológicas, se sugiere que son hongos endófitos septados oscuros (DSE, por sus siglas en inglés Dark Septate Endophyte) pertenecientes al Phylum Ascomycota, los cuales se caracterizan por tener pigmentación oscura debido a una alta acumulación de melanina, microesclerotias e hifas tabicadas que colonizan la epidermis de la raíz y la corteza inter e intracelular en las raíces de la planta huésped (Vergara et al., 2018).

Pie de página: ¹Alex Fabricio Sánchez Yumbo, Alvaro Alexander Pérez Meza, Andy Fabrizio Campues Alba, Anghela Stefany Reinoso Castillo, Carolina Stefania Romero Mejía, Francisco Antonio Proaño Alvarado, Gabriela Nicole Urresta Portero, Génesis Luisana Romero Zambrano, Jomira Katherine Yánez Galarza, Karina Alexandra Chuisaca Londa, Kevin Israel Feijoo Vivas, Luis Fernando Zambrano Mite, Marcos Andrés Hidalgo Rosas, María Belén Macas Granizo, Maria Samanta Oña Sierra, Michael Iván Zuárez Chamba, Mónica Paola Sánchez Prado, Paul Esteban Cotacachi Latacumba, Ricardo Sebastián Palma Patiño, Richard Ariel Ganchozo Basurto, Sayaro Cayanqui Guaña González, Sebastián Armando Bermúdez Puga, Stalin Armando Bermúdez Puga, Stefanny Michelle Bonilla Jiménez, Walter Armando Quilumbaquin Alba, Angélica María Navarrete Vega, y José Javier Beltrán Ceballos.

Aunque los hongos DSE son recientemente estudiados y hasta la fecha solamente se han reportado unas 40 especies, se ha descrito que son capaces de aumentar la absorción de nutrientes (N y P), promover el crecimiento vegetal sin causar patologías, sintetizar fitohormonas y proteger a la planta contra el estrés abiótico (sequía, salinidad y altas concentraciones de metales pesados). Además, los hongos DSE tienen una apreciable ventaja comparativa sobre los HMA, y es que éstos pueden ser cultivados en laboratorio lo que permite producir inóculos para la agricultura más fácilmente, siendo ésta una gran limitante de los HMA por ser endosimbiontes obligados (Vergara et al., 2018).

FIGURA 3

Los presentes hallazgos representan la punta del Iceberg de una apasionante carrera científica, que invitan a realizar estudios profundos sobre la diversidad microbiana y funcional de hongos HMA y DSE asociados a la guayusa, sus dinámicas de colonización y asociación en los ecosistemas amazónicos ecuatorianos. No menos transcendente, será la determinación de su potencial biotecnológico para ser empleados como biofertilizantes promisorios en la búsqueda de nuevas prácticas agrícolas para la domesticación de la guayusa bajo un enfoque agroecológico.

Realizado por:

Leopoldo A. Naranjo Briceño, PhD.

Profesor Investigador Titular Agregado 3

Universidad Regional Amazónica Ikiam

Figura 1. Esporas de HMA aisladas de la rizósfera de la guayusa siguiendo la metodología de Sieverding (1983; 1986) y teñidas con azul de lactofenol (A-D). Se presume que las esporas puedan pertenecer de los géneros Acaulospora y/o Glomus.

Figura 2. Tinción de las raíces de guayusa utilizando la metodología del Azul de Tripán (A-B), según Phillips y Hayman (1970). Se observan hifas y esporas (C-E).

Figura 3. Se indican estructuras fúngicas colonizando espacios intercelulares de la epidermis y la corteza de las raíces de la planta de guayusa. Se presume que puedan corresponder a hongos DSE por su pigmentación oscura, presencia de microesclerotias e hifas tabicadas.

– Bergottini, V. M., Hervé, V., Sosa, D. A., Otegui, M. B., Zapata, P. D., y Junier, P. (2017). Exploring the diversity of the root-associated microbiome of Ilex paraguariensis St. Hil. (Yerba Mate). Applied Soil Ecology, 109, 23-31. doi:10.1016/j.apsoil.
– Gaiad, S. y Lopes, E. (1986). Ocorrência De Micorriza Vesicular-Arbuscular Em Ervamate (Ilex paraguariensis St. Hil.). Boletim de Pesquisa Florestal, Colombo, n. 12, p. 21-29.
– Phillips J.M. y Hayman D.S. (1970). Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assesment of infection. Trans.Br.Mycol.Soc. 55: 158-161.
– Sieverding E. (1983). Manual de métodos para la investigación de la micorriza vesículo-arbuscular en el laboratorio, CIAT, Cali, Colombia. 121pp.
– Sieverding E. (1986). Influence of placement method of MA mycorrhizal inoculum on growth response of field grows cassava. En: Physiology and Genetical Aspects of Micorrhizae. Gianinazzi-Pearson, V., y Gianinazzi, S. (eds), INRA, Paris, pp. 479-482.
Vergara, C., Campos Araujo, E.K., Soares Alves, L., Regina de Souza, S., Azevedo Santos, L., Santa-Catarina, C., da Silva, K., Duarte Pereira, G.M., Ribeiro Xavier, G., Zilli, J.E. (2018). Contribution of dark septate fungi to the nutrient uptake and growth of rice plants. Brazilian Journal of Microbiology. 49, Issue.