Mejoras introducidas en el objeto de la patente principal n° P201000499 por "Procedimiento para alterar el patrón de desarrollo y aumentar el crecimiento en plantas".

La mejora consiste en la identificación de los ácidos fórmico, acético, propiónico y butírico y del acetaldehído como volátiles capaces de incrementar el crecimiento e inducir la floración en plantas cultivadas en atmósferas con al menos uno de dichos compuestos, posibilitando un método de incrementar el crecimiento y la floración en plantas consistente en cultivarlas en atmósferas con uno o más de dichos volátiles, sin necesidad producir los volátiles mediante un cultivo microbiano.

Mejoras introducidas en el objeto de la patente principal nº P 201000499 por: "Procedimiento para alterar el patrón de desarrollo, y aumentar el crecimiento en plantas".

Campo técnico

La presente solicitud de adición a la patente principal introduce mejoras en el procedimiento de la invención descrito en la solicitud de patente principal P201000499, perfeccionando la puesta en práctica del procedimiento de la invención referido al incremento del crecimiento de las plantas por acción de volátiles microbianos. Se delimitan los volátiles implicados en el aumento del crecimiento y en la inducción de la floración, mejorando la puesta en práctica del procedimiento de la invención referido al cultivo de plantas en presencia de una atmósfera en la que están presentes compuestos volátiles.

Antecedentes de la técnica

Hasta la divulgación de las enseñanzas de la solicitud de patente principal P201000499, se conocía poco sobre cómo pueden afectar las emisiones de volátiles microbianos a la fisiología de las plantas en ausencia de contacto físico. Se conocía, por una parte, que microorganismos tales como Pseudomonas spp., Streptomyces spp., Botrytis cinerea y distintas trufas producen etileno (Splivallo et al., 2007b; New Phytologist 175, 417-424), una hormona gaseosa de plantas que juega importantes papeles en múltiples aspectos del crecimiento y desarrollo de las plantas, incluidos la germinación de semillas, alargamiento del hipocótilo, iniciación de las pilosidades radiculares, la senescencia de hojas y flores, la maduración de los frutos, la acumulación de almidón. Además, recientemente, Splivallo et al. (Splivallo et al. 2009: Plant Physiol. 150, 2018-2029) aportaron evidencias de que el etileno producido por las trufas induce alteraciones en el desarrollo de plantas de Arabidopsis, que presumiblemente van acompañadas por importantes cambios en el metabolismo.

En lo que se refiere a las bacterias, los escasos trabajos en los que se describía el efecto de volátiles microbianos sobre el crecimiento de plantas giran en torno a un número limitado de cepas especializadas de rizobacterias promotoras del crecimiento de plantas (PGPR: plant growth promoting rhizobacteria). Se denomina rizobacterias a ciertas bacterias simbiontes que existen en el suelo y que colonizan las raíces de las plantas. La mayor parte de las cepas cuyo cultivo da lugar a un efecto positivo sobre el crecimiento de las plantas cultivadas en su presencia, sin necesidad de contacto físico, pertenecen al género Bacillus o un género estrechamente relacionado con éste, Paenibacillus, al cual pertenecen bacterias que en el pasado fueron clasificadas como pertenecientes al género Bacillus. Así, por ejemplo, se ha demostrado que volátiles emitidos por rizobacterias de cepas pertenecientes a las especies Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens o Bacillus cepacia promueven el crecimiento de plantas de Arabidopsis, facilitando la toma de nutrientes, la fotosíntesis y la respuesta de defensa, y disminuyendo la sensibilidad a la glucosa y los niveles de ácido abscísico (Ryu et al. 2003: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 4927-4932; Ryu et al. 2004: Plant Phylio 134, 1017-1026; Vespermann et al. 2007; Appl. Environ. Microbiol. 73, 5639-5641, Xie et al. 2009: Plant Signal. Behav. 10, 948-953). En concreto, Ryu et al. (Ryu et al. 2003:: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 4927-4932) describen que los volátiles orgánicos liberados por cepas específicas de PGPR, concretamente Bacillus subtilis GB03 y Bacillus amyloliquefaciens IN937a, son capaces de provocar un incremento del crecimiento de plántulas de Arabidopsis thaliana. El efecto se observa cuando las citadas cepas de bacterias son cultivadas en el medio rico en aminoácidos agar con tripticasa de soja, en esas condiciones, ambas bacterias liberan 3-hidroxi-2-butanona (acetoína) y 2,3-butanediol. Dichos compuestos parecen ser los responsables del efecto observado, porque no son emitidos por las otras PGPR ensayadas que no mostraban efectos sobre el crecimiento de las plantas, pero, sin embargo, sí son liberados por otras cepas bacterianas con capacidad de incrementar la germinación y el crecimiento de plantas. Tal es el caso de la cepa de Bacillus subtilis WG6-14, objeto de la solicitud de patente US 2008/0152684 A1, que produce los mismos volátiles y es capaz de incrementar el crecimiento y la germinación de plantas como Brassica oleraceo sin existir contacto físico entre planta y bacteria. Sin embargo, existen muchas bacterias liberadoras de estas mismas sustancias (algunas pertenecientes al género Bacillus) que no promueven el crecimiento de la planta.

Se han descrito también otras cepas de los géneros Bacillus o Paenibacillus que emiten volátiles capaces de promover el crecimiento de distintas plantas pero, en estos casos, el efecto parece estar ligado principalmente a la capacidad de controlar el crecimiento de patógenos que están afectando a la planta. Tal es el caso, por ejemplo, del bacilo Kyu-W63 descrito en la patente japonesa JP10033064, cuyos volátiles son capaces de controlar la patopoyesis debida a la presencia de hongos del género Cercospora en hojas de pepino, facilitando con ello el crecimiento de la planta. La descripción sugiere que el efecto podría ser similar utilizando otras bacterias filamentosas, siempre y cuando el cultivo se produzca en un medio rico en azúcares tal como el agar PDA, medio que no se define con más detalle; tampoco se dan pruebas que demuestren la influencia del medio sugerido o la aplicabilidad del método para cualquier otra bacteria filamentosa.

También el método para incrementar el crecimiento de plantas, basado en composiciones que comprenden un metabolito volátil producido por una bacteria, que se reivindica en la solicitud de patente coreana KR20090066412, alude de forma combinada a la inducción de protección contra enfermedades y el ataque de insectos y a la promoción del crecimiento de distintas plantas, monocotiledóneas y dicotiledóneas. Como ejemplos de posibles metabolitos útiles se citan 3-acetil-1-propanol, 3-metil-1-butanol, indol, acetato de isoamilo y acetato de butilo. El resumen menciona que los posibles microorganismos que dan lugar a un metabolito volátil con el efecto buscado comprenden bacterias pertenecientes a los géneros Bacillus o Paenibacillus, siendo una cepa de la especie Paenibacillus polymyxa el microorganismo preferido.

En la solicitud de patente principal P201000499, se divulgaba el descubrimiento de que, al crecer plantas en presencia de cualquier tipo de microorganismo (bacterias Gram-positivas o Gram-negativas, levaduras u hongos), los volátiles emitidos por el microorganismo dan lugar a que se produzca una alteración el patrón de desarrollo y un aumento en el crecimiento, la fertilidad y el peso seco de las plantas, que iba acompañado de un incremento en la acumulación de almidón en las mismas. Estos efectos se observan tanto en plantas monocotiledóneas como dicotiledóneas (Arabidopsis, maíz, cebada, tabaco, patata...), y son independientes de que el microorganismo sea o no patógeno para la planta y de que pertenezca o no a una especie que no convive con la planta en condiciones naturales. Estos efectos se observan tanto si las plantas se cultivan in vitro como en tierra, siempre y cuando la planta se cultive en presencia de un cultivo de un microorganismo que emita volátiles o bien en presencia de los volátiles microbianos emitidos por el microorganismo y, preferiblemente, cuando el microorganismo se hacía crecer en un medio que carezca de compuestos orgánicos que presenten grupos amino, especialmente si el medio carece de aminoácidos, tal como los medios mínimos suplementados con al menos un compuesto orgánico como fuente de carbono. Dado que la aparición de los efectos descritos no requería de contacto físico entre la planta y el microorganismo, se concluía que los volátiles eran los responsables de los efectos observados.

Por ello, entre otros aspectos, la solicitud P201000499 divulgaba un método para incrementar la biomasa de una planta caracterizado por que la planta se cultiva en una atmósfera en la que están presentes los compuestos volátiles emitidos por un microorganismo, microorganismo que podía haber sido cultivado en un lugar diferente al lugar de cultivo de la planta, recogiéndose la mezcla de volátiles emitidos por el mismo y cultivándose la planta en una atmósfera en la que estuvieran presentes esos volátiles.... [Seguir leyendo]

1. Un método para incrementar el crecimiento de una planta y/o alterar su patrón de desarrollo caracterizado por que la planta se cultiva en una atmósfera en la que está presente al menos un compuesto volátil que se selecciona entre ácido propiónico, ácido acético, acetaldehído, ácido fórmico y ácido butírico.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la planta se cultiva en una atmósfera en la que está presente al menos ácido fórmico.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el compuesto volátil está presente en la atmósfera por evaporación de una disolución que lo contiene que se encuentra en el lugar de cultivo de la planta.

4. Método según al reivindicación 1 ó 2, en el que el compuesto volátil se suministra a la atmósfera de cultivo desde el exterior al lugar de cultivo de la planta.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el incremento del crecimiento se manifiesta en aumento de la longitud de la planta y/o en aumento del tamaño de las hojas, tallos y raíces.

6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la alteración del patrón de crecimiento se manifiesta en incremento del número de hojas, incremento del número de ramas y/o del número de flores y semillas de plantas angiospermas, en la inducción de la floración, o en combinaciones de los anteriores.