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Bacillus velezensis como promotor del crecimiento vegetal

  • Maylin Marchena Alvarado
B. velezensis forma parte de las Rizobacterias Promotoras del Crecimiento de las Plantas, un conjunto de bacterias que se encuentran cerca o en la rizosfera y promueven el crecimiento de las plantas de forma directa e indirectas.

Bacillus velezensis es una bacteria Gram-positiva del género Bacillus, la cual ha despertado el interés de la comunidad agrícola debido a sus múltiples propiedades beneficiosos para la promoción del adecuado desarrollo de las plantas. Forma parte de las Rizobacterias Promotoras del Crecimiento de las Plantas (PGPR), un conjunto de bacterias que se encuentran cerca o en la rizosfera y promueven el crecimiento de las plantas de forma directa e indirecta (Meng et al., 2016; Sun et al., 2022; Zaid et al., 2022, Rabbee et al., 2019; Bai et al., 2023 Ercole et al., 2024). Utiliza cuatro mecanismos principales: la producción de metabolitos antibacteriales y lipoproteínas, inducción de resistencia sistémica, producción de hormonas de crecimiento y mejora en la absorción de nutrientes (Adeniji et al., 2019).

A. PRODUCCIÓN DE METABOLITOS ANTIBACTERIALES Y LIPOPROTEÍNAS
Por otra parte, también se ha comprobado que B. velezensis tiene capacidades antagonistas en laboratorio e invernadero, contra diversos microorganismos patogénicos de los cultivos (Cao et al., 2018). Produce compuestos como, celulasas, peptidasas y proteasas, compuestos que pueden ser anti-bacteriales (Bai et al., 2023, Ercole et al., 2024). Por otro lado, también inhibe significativamente el crecimiento y colonización de hongos patogénicos por medio de metabolitos secundarios como los sideróforos (Shin et al., 2021).
B. RESISTENCIA SISTÉMICA INDUCIDA
Se ha demostrado que B. velezensis tiene la capacidad de producir compuestos orgánicos volátiles (VOCs) como: 2,3-butanodiol (2,3-BD) y su precursor 3 hidroxi-2-butanona (acetoína) los cuales se encuentran en múltiples especies bacterianas patógenas en plantas. La colonización de las raíces provoca una exposición constante a estas sustancias induce resistencia mediante la estimulación el sistema de defensa contra patógenos de las plantas (Peng et al., 2019).
C. PRODUCCIÓN DE HORMONAS DE CRECIMIENTO
En numerosos estudios se caracteriza a B. velezensis por su capacidad de producción de auxinas, citoquininas y giberelinas, hormonas que favorecen el crecimiento de las plantas, la elongación de las raíces y a su vez el aumento en la altura general (Meng et al., 2016). Produce principalmente ácido indolacético (IAA), además de diversas hidrolasas que mejoran la utilización de las proteínas vegetales y la calidad nutricional de las mismas (Zaid et al., 2022; Shin et al., 2021, Su et al., 2024). La elongación de las raíces que produce B. velezensis aumenta el alcance del área radicular de las plantas, incrementando la absorción de nutrientes y agua (Bai et al., 2023).
D. MEJORA EN LA ABSORCIÓN DE NUTRIENTES
B. velezensis se caracteriza por tener un amplio conjunto de genes involucrados en la solubilización de fósforo y fijación de nitrógeno, además de la capacidad de desarrollar un biofilm en la zona radicular de la planta que intensifican la resistencia a diferentes tipos de estrés (osmótico, oxidativo, sequía) (Ercole et al., 2024). Mediante el biofilm, B. velezensis, tiene la capacidad de regular la entrada y salida de potasio y sodio a las raíces confiriéndole una protección contra la toxicidad del sodio en alta concentraciones, además de regulación osmótica y balance hormonal (Bai et al., 2023).
A continuación se presentan algunos ejemplos de estudios en los cuales se destaca a B. velezensis por su capacidad para beneficiar el crecimiento y desarrollo de las plantas.
En el estudio de Shin et al. (2021) se comprobó que la aplicación de una suspensión de B. velezensis de manera consecutiva en intervalos de 7 días, aumentó el crecimiento de las plantas de chile tanto en el área radicular como en la parte aérea de la planta visible a simple vista, en relación con el control sin tratamiento.
En Sun et al. (2022) evaluaron el efecto promotor de crecimiento y tolerancia al estrés salino de B. velezensis, en plantas de pepino en suelos con alta concentración de salinidad, por sí solo y en consorcio con otro microorganismo. En este ese estudio se comprobó que B. velezensis tiene la capacidad de mejorar el crecimiento de las plantas de pepino tanto en suelos normales como en suelos con alta concentración de sales, mediante la secreción de hormonas de crecimiento como la IAA y ciertos compuestos volátiles (acetoína y 2,3-butanodiol). Por otra parte, también se comprobó que B. velezensis tiene la capacidad de segregar enzimas extracelulares que atraen otros microorganismos benéficos y establecer relaciones mutualistas en la rizosfera de las plantas, potenciando el efecto de promoción de crecimiento. Según los resultados, las plantas tratadas con B. velezensis, presentaron un aumento en la altura, peso seco y contenido de clorofila, tanto bajo condiciones de estrés por salinidad, como en suelos normales, así como en el consorcio con el otro microorganismo evaluado.
De manera similar, Bai et al. (2023) evaluaron la capacidad de distintas cepas B. velezensis para mejorar la tolerancia al estrés salino de las plantas de lechuga en soluciones con diferentes concentraciones de NaCl. Lograron comprobar que las lechugas tratadas con las suspensiones B. velezensis presentaban un mejor desarrollo y crecimiento en las diferentes concentraciones de sal con relación al control (Figura 3), debido a la capacidad del microorganismo de generar una regulación osmótica en las raíces de la plata y la protección de estas por medio de biofilm.
Referencias bibliográficas
Adeniji, A. A., Loots, D. T., & Babalola, O. O. (2019). Bacillus velezensis: Phylogeny, useful applications, and avenues for exploitation. Applied Microbiology and Biotechnology, 103(9), 3669-3682. https://doi.org/10.1007/s00253-019-09710-5
Bai, Y., Zhou, Y., Yue, T., Huang, Y., He, C., Jiang, W., Liu, H., Zeng, H., & Wang, J. (2023). Plant growth-promoting rhizobacteria Bacillus velezensis JB0319 promotes lettuce growth under salt stress by modulating plant physiology and changing the rhizosphere bacterial community. Environmental and Experimental Botany, 213, 105451. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105451
Cao, Y., Pi, H., Chandrangsu, P., Li, Y., Wang, Y., Zhou, H., Xiong, H., Helmann, J. D., & Cai, Y. (2018). Antagonism of Two Plant-Growth Promoting Bacillus velezensis Isolates Against Ralstonia solanacearum and Fusarium oxysporum. Scientific Reports, 8(1), 4360. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22782-z
Ercole, T. G., Kava, V. M., Petters-Vandresen, D. A. L., Nassif Gomes, M. E., Aluizio, R., Ribeiro, R. A., Hungria, M., & Galli, L. V. (2024). Unlocking the growth-promoting and antagonistic power: A comprehensive whole genome study on Bacillus velezensis strains. Gene, 927, 148669. https://doi.org/10.1016/j.gene.2024.148669
Meng, Q., Jiang, H., & Hao, J. J. (2016). Effects of Bacillus velezensis strain BAC03 in promoting plant growth. Biological Control, 98, 18-26. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2016.03.010
Peng, G., Zhao, X., Li, Y., Wang, R., Huang, Y., & Qi, G. (2019). Engineering Bacillus velezensis with high production of acetoin primes strong induced systemic resistance in Arabidopsis thaliana. Microbiological Research, 227, 126297. https://doi.org/10.1016/j.micres.2019.126297
Rabbee, M. F., Ali, Md. S., Choi, J., Hwang, B. S., Jeong, S. C., & Baek, K. (2019). Bacillus velezensis: A Valuable Member of Bioactive Molecules within Plant Microbiomes. Molecules, 24(6), 1046. https://doi.org/10.3390/molecules24061046
Shin, J.-H., Park, B.-S., Kim, H.-Y., Lee, K.-H., & Kim, K. S. (2021). Antagonistic and Plant Growth-Promoting Effects of Bacillus velezensis BS1 Isolated from Rhizosphere Soil in a Pepper Field. The Plant Pathology Journal, 37(3), 307-314. https://doi.org/10.5423/PPJ.NT.03.2021.0053
Sun, X., Xu, Z., Xie, J., Hesselberg-Thomsen, V., Tan, T., Zheng, D., Strube, M. L., Dragoš, A., Shen, Q., Zhang, R., & Kovács, Á. T. (2022). Bacillus velezensis stimulates resident rhizosphere Pseudomonas stutzeri for plant health through metabolic interactions. The ISME Journal, 16(3), 774-787. https://doi.org/10.1038/s41396-021-01125-3
Zaid, D. S., Cai, S., Hu, C., Li, Z., & Li, Y. (2022). Comparative Genome Analysis Reveals Phylogenetic Identity of Bacillus velezensis HNA3 and Genomic Insights into Its Plant Growth Promotion and Biocontrol Effects. Microbiology Spectrum, 10(1), e02169-21. https://doi.org/10.1128/spectrum.02169-21
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