Poliaminas: aliados que impulsan el crecimiento de los cultivos agrícolas

Tema: En el presente texto se destaca la importancia de la agricultura y el papel de las poliaminas en el crecimiento y resistencia de los cultivos. Estas moléculas mejoran la absorción de nutrientes, fortalecen las defensas de las plantas y las ayudan a enfrentar condiciones adversas. Además, ciertas bacterias del suelo producen poliaminas, beneficiando el desarrollo vegetal de manera natural. Su uso en bioestimulantes podría reducir la dependencia de fertilizantes y pesticidas químicos, promoviendo una agricultura más sostenible. En el futuro, las poliaminas podrían revolucionar la producción agrícola, mejorando la calidad y cantidad de los alimentos.

Introducción 

La agricultura es una de las actividades más importantes para la humanidad, ya que nos proporciona los alimentos que consumimos todos los días. Es fundamental para el desarrollo de las sociedades, permitiendo el abastecimiento de frutas, verduras, granos y carne. Además, no solo impulsa la economía, genera empleo y es clave para la seguridad alimentaria, si no que, también ayuda a conservar el medio ambiente cuando se práctica de manera sustentable. En México, la agricultura tiene un papel esencial, ya que el país es productor de maíz, frijol, aguacate y otros cultivos básicos para la alimentación. Además, muchas comunidades rurales dependen de esta actividad para su sustento. La agricultura también es una fuente importante de exportaciones, contribuyendo a la economía nacional. Con prácticas sostenibles e innovaciones tecnológicas, se busca mejorar la producción sin afectar los recursos naturales.

En la agricultura, las plantas necesitan varios factores para crecer sanas y fuertes, como la luz del sol, el agua y los nutrientes del suelo. Sin embargo, existen otras sustancias menos conocidas que también son clave para su desarrollo y resistencia. Entre ellas se encuentran las poliaminas, pequeñas moléculas que funcionan como aliados invisibles de los cultivos, ayudando a las plantas a crecer mejor y enfrentar condiciones adversas como el ataque de pátogenos.

Figura 1. A. Cultivos agrícolas de importancia en el mundo, destacando maíz, trigo, arroz, soya y papa en B. se muestran los cultivos agrícolas de relevancia para México donde se observan maíz, aguacate, tomate, caña de azúcar y chile (elaboración propia).

¿Cómo ayudan las poliaminas a las plantas para un mejor crecimiento y desarrollo?

Las poliaminas son pequeñas moléculas orgánicas que se encuentran en todas las células vivas, incluidas las de las plantas. Las más comunes en el mundo vegetal son la putrescina, la espermidina y la espermina. Estas moléculas juegan un papel crucial en el crecimiento y desarrollo de las plantas, participando en diversos procesos que son esenciales para ellas, como regular el crecimiento de sus células para que desarrollen tallos más robustos, raíces más profundas y hojas más resistentes (Pegg et al., 2011;Dunn et al., 2023).

Aunque las poliaminas no son tan conocidas como el agua, la luz solar y otros nutrientes del suelo, cumplen funciones esenciales que ayudan a los cultivos a crecer sanos y fuertes. Actúan como una especie de "escudo natural” al fortalecer las defensas de los cultivos contra el estrés ambiental, ayudando a las plantas a adaptarse a cambios en su entorno, como temperaturas extremas, sequías o exceso de agua (Luna et al., 2014). Otro aspecto interesante es su papel en la germinación de semillas y en la maduración de frutos. Gracias a ellas, las semillas pueden brotar con más facilidad y los frutos desarrollarse de manera óptima, lo que mejora la producción agrícola. También influyen en la resistencia de las plantas a enfermedades, ayudando a que se defiendan mejor contra plagas y microorganismos dañinos.

Ya que las poliaminas ayudan a mejorar la productividad de los cultivos de manera sostenible, su aplicación en la agricultura podría ser una alternativa natural para reducir el uso de fertilizantes y pesticidas químicos, contribuyendo a una producción más amigable con el medio ambiente, estas moléculas son verdaderos aliados invisibles en la agricultura. Aunque no las vemos, trabajan silenciosamente para que nuestras plantas crezcan mejor, sean más resistentes y produzcan alimentos de mayor calidad.

Figura 2. Poliaminas.

¿Cómo ayudan las bacterias productoras de poliaminas al crecimiento de las plantas?

Las poliaminas no solo son producidas por las plantas, sino también por microorganismos benéficos de gran importancia agrícola, como ciertas bacterias asociadas a plantas y del suelo, por ejemplo, del género Bacillus, Rhizobium, Streptomyces, Enterobacter, Serratia, hongos como Trichoderma y levaduras como Cryptococcus y Pseudozyma, las cuales poseen la capacidad o la maquinaría metabólica necesaria para la síntesis de poliaminas de forma exógena (Wang et al., 2022; He et al., 2023; Cloete et al., 2009).

Estas bacterias desempeñan un papel clave en la agricultura, ya que ayudan a mejorar el crecimiento y la resistencia de los cultivos. Las poliaminas que producen fungen como una especie de "comunicación química" entre las bacterias y las plantas, favoreciendo su desarrollo en condiciones difíciles, por ejemplo, en presencia de metales como el plomo o cadmio. Cuando las bacterias liberan las poliaminas, estas pueden ser absorbidas por las raíces de las plantas, ayudando a su crecimiento y fortaleciendo su estructura. Además, estas moléculas ayudan a mejorar la absorción de nutrientes, lo que permite que las plantas aprovechen mejor el agua y los minerales del suelo. Esto es especialmente útil en zonas con suelos pobres o en regiones afectadas por la sequía.

Otro beneficio importante es que las poliaminas bacterianas aumentan la resistencia de las plantas frente a enfermedades y plagas. Funcionan como un refuerzo natural del sistema de defensa vegetal ayudando a que las plantas reaccionen más rápido ante microorganismos dañinos. En algunos casos, las bacterias productoras de poliaminas también pueden competir con patógenos en el suelo, reduciendo su impacto negativo en los cultivos.

Además de fortalecer a las plantas, estas bacterias pueden mejorar la calidad de los alimentos que consumimos. Se ha observado que las poliaminas influyen en la maduración de frutos y en la producción de ciertos compuestos que mejoran su sabor y valor nutricional. Esto significa que, al aprovechar el potencial de estas bacterias, es posible obtener alimentos más saludables y de mejor calidad. Las bacterias productoras de poliaminas podría ser una alternativa ecológica a los fertilizantes y pesticidas químicos. En lugar de depender de productos sintéticos, los agricultores podrían utilizar microorganismos benéficos, como las bacterias, para mejorar la productividad de sus cultivos de forma natural y sostenible.

¿Cómo se usarán las poliaminas en el futuro para mejorar la agricultura?

En el futuro, el uso de poliaminas en la agricultura podría revolucionar la forma en que cultivamos los alimentos, haciéndolo de manera más eficiente y sostenible. Esto debido al desarrollo de bioestimulantes a base de poliaminas que podrían aplicarse directamente en las semillas o en el suelo para mejorar el crecimiento de los cultivos desde sus primeras etapas. Estos compuestos ayudarían a que las plantas germinen más rápido, desarrollen raíces más fuertes y aprovechen mejor el agua y los nutrientes disponibles, lo que sería especialmente útil en zonas con suelos degradados o en regiones afectadas por la sequía. Además, las poliaminas podrían usarse para aumentar la resistencia de las plantas frente a condiciones climáticas extremas, como olas de calor o heladas, reduciendo las pérdidas de producción causadas por estos fenómenos. 

Por otro lado, se investiga su papel en la protección contra plagas y enfermedades, permitiendo que las plantas activen sus defensas naturales sin necesidad de pesticidas, lo que beneficiaría tanto a los agricultores como al ambiente. Otro posible uso es en la mejora de la calidad y conservación de los alimentos, de tal forma que al aplicarse permitan prolongar la frescura de las frutas y verduras después de la cosecha, reduciendo el desperdicio de alimentos, mejorando su sabor y valor nutricional.

En los próximos años, la incorporación de poliaminas en la agricultura podría convertirse en una herramienta clave para producir más alimentos con menos impacto ambiental. Con más estudios y avances tecnológicos, estas moléculas podrían ayudar a garantizar la seguridad alimentaria en un mundo con una población en crecimiento, al tiempo que promueven prácticas agrícolas más sustentables y respetuosas con la naturaleza.

Conclusión

La agricultura es una actividad crucial en la economía mundial, no solo porque proporciona los alimentos que consumimos diariamente, sino también porque impulsa la economía y contribuye a la seguridad alimentaria global. En este contexto, las poliaminas se presentan como aliados invisibles pero poderosos para mejorar el crecimiento de los cultivos y hacer frente a los desafíos que impone el cambio climático y las condiciones ambientales adversas. Estas moléculas, producidas tanto por las plantas como por bacterias, juegan un papel importante en el desarrollo de las plantas, ayudándolas a resistir el estrés, mejorar la absorción de nutrientes y aumentar su defensa contra enfermedades. En el futuro, su uso en la agricultura podría transformar la manera en que cultivamos alimentos, proporcionando soluciones más naturales y sostenibles, reduciendo la dependencia de productos químicos y fomentando prácticas que respeten el medio ambiente. Así, las poliaminas no solo tienen el potencial de aumentar la productividad agrícola, sino también de mejorar la calidad de los alimentos que consumimos y asegurar un futuro más saludable y sustentable para todos

Bibliografía  

Cloete, K. J., Valentine, A. J., Stander, M. A., Blomerus, L. M., & Botha, A. (2009). Evidence of symbiosis between the soil yeast Cryptococcus laurentii and a sclerophyllous medicinal shrub, Agathosma betulina (Berg.) Pillans. Microbial ecology, volumen 57, pp. 624-632.

https://doi.org/10.1007/s00248-008-9457-9. 

Dunn, M. F., & Becerra-Rivera, V. A. (2023). The Biosynthesis and functions of polyamines in the interaction of plant growth-promoting rhizobacteria with plants. Plants, Volumen 12, número 14, número de artículo 2671.

https://doi.org/10.3390/plants12142671.

Luna-Esquivel, E. N., Ojeda-Barrios, D. L., Guerrero-Prieto, V. M., Ruíz-Anchondo, T., & Martínez-Téllez, J. J. (2014). Poliaminas como indicadores de estrés en plantas. Revista Chapingo. Serie horticultura, vol. 20, no 3, pp. 283-295.

https://doi.org/10.5154/r.rchsh.2013.05.019.

He, Y., Su, N., Zhao, Q., Meng, J., Chen, Z., & Han, H. (2023). Polyamine-producing bacteria inhibit the absorption of Cd by spinach and alter the bacterial community composition of rhizosphere soil. Ecotoxicology and Environmental Safety, volumen 264, número ID 115442.

https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.115442.

Wang, X., Cai, D., Ji, M., Chen, Z., Yao, L., & Han, H. (2022). Isolation of heavy metal-immobilizing and plant growth-promoting bacteria and their potential in reducing Cd and Pb uptake in water spinach. Science of the Total Environment, volumen 819, número ID 153242.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153242. 

Pegg, A. E., & Casero, R. A. (2011). Current status of the polyamine research field. Polyamines: Methods and Protocols, Volumen 720. pp. 3-35. Editorial Humana press. 

https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-61779-034-8_1. 

Agradecimientos 

Este artículo es parte de la productividad de Guadarrama Albarran Cristopher Favian durante sus estudios para obtener el grado de Maestro en Ciencias en Biotecnología en el posgrado en UPEMOR, gracias al apoyo del Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías (CONAHCYT) por la beca otorgada con el CVU: 1186440. Brenda Román Ponce y Anuar Salazar Gómez agradecen al Sistema Nacional de Investigadores por el estímulo otorgado.