Acta Biof6gica Cofombiana, Vol. 71 5, 2006 3 - 20

HONGOS ENDOFITOS TROPICALES:CONOCIMIENTO ACTUAL Y PERSPECTIVAS

Tropical Endophytic Fungi: Current Knowledge and Perspectives

MIGUEL A. GAMBOA-GAITAN, M.5c.

Departamento de Biologia, Faculrad de Cieocias,Universidad NacionaJ de Colombia, Sede Bogota, AA 14490,Bogota, Colombia. magamboaga@unaJ.edu.co

Presentado 29 de septiembre de 2005, aceptado 4 de agosto de 2006, correcciones 24 de oetubre de 2006.

RESUMEN

Los organismos endofitos. particularmente los hongos, han recibido una crecienreatenci6n en los anos recientes. Este grupo de microrganismos vive asinromancamenredentro de tejidos vegetales sanos, y ha mostrado poseer un gran potencial econ6micoen areas como la agronomfa y la medicine. Tambien se han usado como grupo mode-10 para estudiar aspectos te6ricos de la ecologfa de comunidades y de la inreraccionplanta microorganismo. En la presence revision se ha recopilado la literatura existenteacerca de los hongos endofitos tropicales, y se analiza comparativamente con algunostrabajos de zonas templadas. Se discuten algunos de los aspectos mas relevances ypromisorios en este sistema simbi6tico y se hacen recomendaciones acerca de t6picosparticulates hacia los que debe dirigirse la invesrigacion en este campo.

Palabras clave: hongos end6fitos, simbiosis, tr6pico.

ABSTRACT

Endophytic microorganisms are symptomless inhabitants of plant tissues. This group isreceiving a growing attention due to its potential in fields as varied as agronomy andmedicine. Some more basic aspects of science, such as ecology of communities andplant-microbe interactions have also been studied in this group. This review emphasizeson current literature about tropical endophytes and work in this theme is comparedwith those developed in temperate zones when appropriate. The most importantecological aspects of this system are discussed, and recommendations about the futuredirections of research in this field are done, especially those related to the use ofendophytes as a model group in modern biology.

Key words: Endophytic fungi, endophytes, symbiosis, tropics.

INTRODUCCION

EI rermino endofito se conoce desde el siglo XIXy se usa inicialmente para agruparaquellos organismos fungicos que viven dentro de las plantas (Leveille, 1846; de Bary,

4 Revision- Hongos end6fitos Ifopicales: conocimiento actual y perspectivas. Gamboa-Gaitan.

1866), pero el significado de este termino ha variado acorde con el ava nce del conoci-miento en esre campo (Wilson, 1995). En la actualidad existe algun grade de concert-so en acepcar a los end6fitos como organismos que viven asincomaricarnente dentrode rejidos aereos vegetales vivos (Carroll, 1986), e incluso en rarces perc excluyendolos hongos productores de micorrizas (Saikkonen et ot., 1998). Sin embargo, el rerrni-no puede cobijar tanto bongos saprofiros como hongos pat6genos larentes (Petrini,1991). Estos ultimos pueden producir sfntomas sobre su hospedero cuando el tejidoen el que habiran se debilite 0 em piece a morir.

Recienremenre, Wilson (1995) presenta a los organismos endofiros como hongos 0

bacterias que durante parte 0 todo SLJ cicio de vida invaden rejidos vegerales vivos ycausan infecciones asinromaricas cornpletamente dentro del tejido vegetal. Dado quealgunas asociaciones micorrfticas deforman la rafz, permitiendo derectar los sinromasde su infeccion, elias quedan exclufdas en esta definicion. Es claro entonces que losorganismos endofiros no son solamente hongos ya que tarnbien existen bacteriasendofitas (Wilson, 1995; revisado por Chanway, 1996), perc el termino podna exten-derse para incluir grupos tales como procisras e invertebrados que viven denrro delcuerpo vegetal, siempre y cuando sean asinrornacicos. En la acrualidad la mayorfa delos esrudios estan dirigidos principalmente a los endosimbionres fungicos.

Los hongos end6fitos forman con sus hospederos relaciones simbi6ticas complejas, yen la actualidad existe un gran numero de interrogantes acerca del funcionamienro deesta simbiosis. En primera instancia se desea saber que beneficio recibe cad a uno de losparticipantes por estar involucrado en esta relaci6n simbi6tica. En los tr6picos no hayningun ejemplo comprobado de mutualismo entre end6firos y sus hospederos, pero secree que sf hay casos. Existe un grupo de hongos end6firos en pastos de las zonastempladas que les proveen proteccion contra herbivorfa y depredaci6n de semillas me-diante produccion de toxinas. A cambia reciben alimento, un lugar donde vivir y, enalgunos casos, dispersi6n a [raVeS de la semilla de su hospedero Uohnson et 01., 1985;Clay, 1988; Knoch et 01., 1993). Este murualismo se discute en detalle mas adelante. EIpresenre ensayo esta dirigido a revisar el conocimienro actual sobre los hongosend6fitos tropicales y a destacar su posible papel como grupo modelo en diferenrescampos de la investigaci6n cientffica. Ante la escasez de estudios tropicales, es nece-sario recurrir a algunos trabajos de la zona tempi ada como punta de referencia, parahacer una predicci6n acerca del rumbo que tamara este campo en los pr6ximos aiios.Se dividira. el texto en: 1) estudios de diversidad y distribucion de end6fitos, 2) natu-raleza de !a interacci6n de los end6fitos con sus hospederos, y 3) end6fitos comomodelo de investigaci6n: potencial y perspectivas.

DIVERSIOAD Y DISTRIBUCI6N DE lOS HONGOS EN06FITOS TROPICAlES

Especificidad. Hay evidencia de la existencia de la simbiosis planta hongo end6fitodesde hace varias decenas de millones de arios (Carroll, 1995). Es probable quedurante la evoluci6n biol6gica esta asociaci6n se haya originado muchas veces inde-pendientemenre, tanto en los tr6picos como en las zonas templadas. Considerandolas diferencias climaticas y biol6gicas entre estas regionesJ es viable pensar que las

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tendencias de esta simbiosis sean diferentes en cada uno de estes escenarios. Lospocos trabajos realizados en este campo en los rr6picos muestran algun ripo de evi-dencia respaldando el postulado anterior. Se ha visto que la composici6n de especiesendofitas es muy diferente entre la zona ternplada y el tropico (Rodrigues y Petrini,1997). Por ejemplo, uno de los taxones endofitos mas comunes en los tr6picos es lafamilia Xylariaceae, grupo que tam bien es comun en las zonas templadas pero comodescomponedores de madera y no como endofiros (Rodrigues y Samuels, 1990;Rodrigues, 1994; Petrini et al., 1995). Tambien parece que ta especificidad de hos-pedero es menor en las zonas tropicales que en las templadas, aunque los datos sonmuy escasos y fraccionarios aun. En un esrudio realizado con dos arboles tropicales.Bayman et al. (1998) no encontraron especificidad de los hongos por el hospedero.Una posible explicacion para este fen6meno es la gran cantidad de especies de plan-tas y la baja frecuencia y gran espaciamiento que existe entre los individuos de unamisma especie en los bosques tropicales (Lodge et al., 1996). En este escenario unaalta especificidad entre los miembros de la sirnbiosis no parece viable, pues la pro-babilidad de encuentro entre ellos sena baja (May, 1990; Hammond, 1992; Lodgey Cantrell, 1995). Cabe mencionar, sin embargo, que en el tr6pico pcdrran existircasos de especificidad entre hongos endosimbiontes y su hospedero natural. Se des-taca el reporte de algunos generos de Coelomycetes en Ecuador que parecen tenerespecificidad por su hospedero nativo (Fisher et al., 1995). Tambien se ha postuladoa Phomopsis casuarinae como espedfico de Casuarina (Bose, 1947), aunque este reportepuede ser err6neo ya que se basa en observaciones de hifas in vivo y no en aislamientosen ellaboratorio (Bayman et a!., 1998).

Un fen6meno que aparece registrado tanto para zonas tropicales como templadas, esel de la especificidad de endosimbiontes por tejidos vegerales particulares. Esto ha sidoposrulado para hongos xilariaceos en tejidos vegetates aereos de arboles tropicales(Laessee y Lodge, 1994; Lodge et al., 1996), aunque en algunos casos la infecci6n apa-renternente solo se veri fica luego de la cafda del organo al suelo. En un estudio con elarbol tropical Gynoxis oleifolia (Asteraceae), se observe que algunas especies de endofitoseran exclusivas de la ralz, mientras que otras especies de hongos habitan la corteza y lashojas (Fisher et aI., 1995). Aunque en dicho estudio no se enconrrc preferencia del hon-go por sectores especfficos de la hoja, en estudios realizados con palmas tropicales seha observado especificidad de algunos taxones endosimbiontes por tejidos foliares par-ticulares (Rodrigues y Samuels, 1990; Rodrigues, 1994). De otro lado, esta preferenciade endosimbiontes por tejidos vegetales no es universal para las plantas tropicales; enPuerto Rico, en orquideas epifitas del genero Lepanthes, no se presentaron diferenciassignificativas entre los hongos end6fitos de ralces y tallos (Bayman et aI., 1997).

Una consecuencia de la discriminaci6n fungica por los tejidos vegetales es que se evitael hacinamiento, ya que las comunidades de hongos end6firos de plantas tropicales secaracterizan por po seer una gran cantidad de especies e individuos y un patron de dis-tribucion altamente agregado a una escala muy fina (Lodge etal., 1996; Gamboa, 1998;Gamboa y Bayman, 2001). La especificidad de tejidos permitirfa una mejor reparrici6ndel recurso disponible, disminuyendo asi la competencia entre los endosimbionres.

6 Revisi6n • Hongos endofitos tropicaJes: canoomiento actual y perspectivas. Gamboa-Gaitan,

En realidad se sabe muy poco ace rca de la distribuci6n de los hongos endofitos en losrejidos de un mismo 6rgano. Por ejemplo, es posible encontrar diferentes especies encada uno de los rejidos de una hoja: parenquima, haces vasculares, dermis, etc. Estapreferencia per tejidos vegerales rambien podrfa interpretarse como la capacidad decada espccie de usar cierros substraros especfflcos (Rodrigues, 1994). EI usa diferen-cia I de sustraros por parte de hongos endofitos ha sido comprobado, siendo tal re-partici6n bioqutmica de recursos una estrategia viable para poder coexistir en unmismo 6rgano (Carroll y Petrini, 1983).

Es poco 10 que se puede concluir acerca de la especificidad del hospedero de los hongosendofitos tropicales. La mayorfa de los postulados actuales no son mas que especu-laciones basadas en pocas observaciones. Un problema importance es el hecho quemuchos hongos end6fitos aislados no pueden ser idenrificados, bien sea porque noesporulan 0 no pueden ser indudablemente equiparados con especies desctitas (Petrinietal., 1995; Gamboa y Bayman, 2001). En raxones con amplios rangos de distribuci6ny taxonomfa compleja, tales como Cotletotrichum y Phomopsis, puede existir numerosascepas morfol6gicameme variables 0 incluso complejos de especies restringidas a unnomero variable de hospederos (Gamboa, 1998; Gamboa-Gaitan eta!., 2005a).

Los hongos endofitos en el ambiente tropical. Otro aspecto que podrfa ser deter-minanre en la estructuraci6n de las comunidades endofitas tropicales, es el de la here-rogeneidad especial de los bosques en dicha zona. Los bosques trapicales presentanuna mayor complejidad estructural que otros ecosistemas, originando abundantesgradientes, microclimas y microhabitats tanto horizontal como vertical mente. Estacompleja arquitectura del bosque puede ser un factor irnporranre para determinar ypredecir Ja abundancia de organismos pequenos, tales como artr6podos y microor-ganismos (revisado por Lodge y Cantrell, 1995). Es comun encontrar que las comuni-dades de hongos end6fitos y epffitos varran con los estratos dentro del dosel, espe-cialmente en la parte mas alta. Varios trabajos sugieren que existen diferencias en lacomposicion vertical de las comunidades de end6fitos y eprfitos en diferentes especiesarboreas del mismo bosque (Cowley, 1970; Lodge et af., 1996; Gamboa, 1998).Concomitante can el aporte que la heterogeneidad espacial da a la diversidad decomunidades endofitas, se espera que tambien exista un efecto de los facrores quepropician cam bios temporales, es decir, sucesionales en tales comunidades. Este esun aspecto que no se ha reportado en ninguna planta tropical hasta la fecha. Solocambios remporales en otras gremios de hongos (tales como descomponedores ymicorrizas), han sido reportados hasta el momento, siendo evidente su importanciaen aspectos como el destino de los nutrientes en el ecosistema (revisado por Lodgey Cantrell, 1995).

Los taxones vegetales tropicaJes en los que se han estudiado los hongos endosim.biontes son palmas (Rodrigues, 1994; Rodrigues, 1996; Sourhcott y Johnson, 1997;Mariano eta!., 1997), orqufdeas y otras epffitas (Bermudes y Benzing, 1989; Richardsonet al., 1993; Richardson y Currah, 1995; Bayman et af., 1997; Otero et a/., 2002),5apotaceae (Lodge et a/., 1996; Bayman et af., 1998), Fabaceae (Pereira et a/., 1993),

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Casuarinaceae (Bose, 1947; Bayman et 01., 1998), Ochnaceae, Olacaceae (Arnold et at.,2000), Asteraceae (Fisher et al., 1995), Anacardiaceae (Rodrigues y Samuels, 1999),Meliaceae (Lassee y Lodge, 1994, Gamboa y Bayman, 2001), Rubiaceae (Santamaria yBayman, 2005), Magnoliaceae y Stercutiaceae (Arnold y Lutzoni. 2003, Arnold et at.,2003). Sin embargo, el numero de especies vegetales estudiadas en cada familia esbajo, por 10 que el trabajo que falta por hacer tan solo en el campo de catalogaci6ne inventario de endosimbiontes tropicales es considerable (Tabla 1). Recientementese ha intentado esclarecer el misterio de donde se encuentra la inmensa cantidad dehongos que falta por describir, y se cree que muchos de ellos se encuentran asociadosa plantas y ltquenes tropicales (Hawksworth y Rossman, 1997).

End6fitos como grupo modelo. Los hongos end6fitos pod-fan constituir un buen mo-delo para estudiar la ecologra de comunidades microbianas. Varies estudios muestranque dichas comunidades presentan un patron de agrupamiento a una escala muy fina,con gran cantidad de especies e individuos (Lodge et ot., 1996, Bayman et at., 1998,Gamboa y Bayman, 2001). Se ha mostrado que las comunidades de hongos, inclufdaslas de endofiros, siguen una distribuci6n log-normal (pocas especies abundances ymuchas especies raras; Polishook et at., 1996; Lodge et at., 1996; Gamboa, 1998)al igual que sucede con las comunidades de macroorganismos. Estas caracterfsticas,asociadas a 10 relativamente facil que es su muestreo y cultivo en ellaboratorio, hacende este grupo un buen modelo para estudios ecologicos y de biodiversidad, especial-mente de microorganism os. La diversidad de organismos fungicos es un componentemuy irnportante para poder establecer un inventario biol6gico global. Acrualmenteexiste muy buena evidencia a favor del importante papel de las plantas tropicalescomo reservorio de numerosas especies de hongos (Hawksworth y Rossman, 1997).Sin embargo, los hongos endofitos tropicaies han sido constantemente ignorados, por10 que el ncmero de especies postulado mas conocido en la literatura (1.5 millones,Hawksworth, 1991), probablemente subestima el verdadero numero de especies (Gam-boa, 1998; Frohlich y Hyde 1999; Arnold et al., 2000; Hawksworth, 2000; Gamboaet al., 2002).

Dispersi6n y transmisi6n de endofitos. La transmisi6n por semilla no ha sido de-mostrada en especies rropicales. a pesar de haberse encontrado hongos endofitosxilariaceos en semillas de algunas especies (Lassee y Lodge, 1994; Bayman et aI.,1998). Dicha transmisi6n es uno de los requisitos postulados para que exista un ver-dadero mutualismo entre la planta y sus endofitos (Carroll, 1988). Sin embargo, estemismo autor planrea como alremariva a la transmisi6n por semilla, una eficientedispersion horizontal. Existen posibles vectores horizontales en los bosques tropica-les, tanto bi6ticos (fit6fagos por ejemplo), como abi6ticos (agua, viento), los cualesno han sido estudiados al respecto.

EI muestreo de los hongos end6fitos. EI muestreo tradicional de hongos end6fitos sebasa en el uso de medios artificiales de agar can diferentes nutrientes yantibi6ticos.Existen numerosos pratacolos para elaborartales medios que permiten el crecimientoselectivo de hongos end6fitos. En general, el procedimiento consiste en esterilizar

8 Revision • Hongos end6fitos tropicoles: conocimiento actllaf y perspectivas. Gamboa-Gaitan.

superficial mente el material vegetal que se desea examinar y ponerlo en cajas de Petricon el medic escogido. Esta preparaci6n se mantiene en condiciones controladasbasta que los endcfitos colonicen el medic.

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. ~ClAT,1998

. Puerto Rico

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Gamboa y Bayman,(comunicaci6npersonal) Santamaria

i y Bayman, 2005.. <C.C.<.

Rehneretal.,2006

Brasil

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Euterpe oteraceaeL~~:ec~:.~::,!.)Guarea guidonia

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Bayman et ai., 1998

Bills er 01., 1992

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°Rodrigues, 1994

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2001Puerto Rico

! Cryptosporiopsis ;; Cylindrocarpon deslructons ;i Epiccocum nugrum .i Phomtl e~igua

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Ecuador Fisher et a/., 1995

~[Heisteria concinna: (O/acdCtae)

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Panama ; Arnold et a/., 2000

..-.~.-... - ----..1... - 4 .: Resistencia enfermedad : India : Walleret al., 2005i y estres abi6tico

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! Piri{ormospom indica

~....i Lupinus angustifolius : Phomopsis

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! (Solanl/ceae) : Penicillium sp.•.. - ..- _•...~ - - '1' - _ ..-

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Bayman etol., 1997

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Lodge et al., 1996

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:Neuwiedia vemtrifolia : Tu/asnella spp.! : Borneo _.t··'Kristiansen et al., 2004 ii (Orchidllceae) ! Thanatephof1ls spp. i ! ; i"N'·:;:ro· .. ·'·i:o·-"-0s~·;-~·-·-1Alt~-;~-:;;·_,p-p-. -·····--·-··--·-·-i-------·~--·iEE~-UU ···-··-t·-s·purry Welty 1975 ~(Solal1Qceae): _ j (plantaciones)

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........algunos hongos , ........

Orchidaceae spp. .--,-.- f--Costa Rica,. ...

Nectria boematocacca Bermudes y Benzing,Hadrotrichum sp. Ecuador, 1989Col/etotrichum crassipes Puerto Rico Richardson y Currab.Lasiodiplodia theobromae 1995

, Ore-o et ot., 2002Bayman et al., 1997

Ouratea /ucens Panama Arnold et a/., 2000(Ochnaceae)

Rosa Aureobasidium sp. Amagonismo a Colombia Salgado, 2005Alternaria alternata firoparogenosNigrospora oryzaeXy/aria sp.Acremonium sp ..........

!Sabal bermudana Aspergillus sp Bermuda Sourbcocr y Johnson,(Arecaceae) Idriella sp. Phomopsis sp. 1997

,','"om sp. Cladosporium sp. Brasil Ribeiro el 01., 1982(Solanaceae) Trichoderma viride

Penicillium sp.

iSpondias mombin Guignardia sp. Brasil Rodrigues y Samuels,Phomopsis sp 1999

, Coiletotridwm

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Glomerell: ;~~~;~:~'aBrasil Pereira et 01., 1993

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Theobroma cacao Panama Arnold et al., 2003(Sterculiaceae) ,

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Tabla 1. Hongos endofiros aislados de plantas tropicales nativas 0 cultivadas.

La merodologra de muestreo basada en medios de cultivo presenta varies inconvenien-tes, entre los que se destaca el que no cod05 los microorganismos crecen en mediosartificiales (Fuhrman y Campbell, 1998). Esto hace que la dereccion de muchos deellos no sea posible mediante el cultivo en ellaboratorio, 10 que conlleva a una subes-timacion de la diversidad microbiana endofira. Posibles soluciones a este problemason el uso de tecnicas moleculares que permitan detectar la presencia de los microor-ganismos sin necesidad de crecer los individuos mediante la amplificacion de su ADN,ylo la optimizacion de 105 metodos de muestreo tradicionales. Este ultimo aspecto hasido abordado y es claro que es posible obtener mejores resultados al modificar laforma de muestreo, espedficamente al reducir el tamano de la muestra y cubrir mayorarea vegetal. En efecco, Lodge et al. (1996) sugieren que para muestrear mejor la co-munidad de hongos end6fitos en una especie tropical arborea, es mejor comar pocasmuestras de muchos arboles, 10 que significa cubrir un area mayor. Aunque dichosautores no mencionan la importancia del tamano de la muestra, nuestro trabajo convarias especies tropicales indica claramente que al subdividir un area dada se obtienenmas endofitos, debido a que hay una relaci6n directa entre el aumento en el per(metrode la muestra y el numero de endofitos recuperados (Gamboa et aI., 2002).

NATURALEZA DE LA INTERACCl6N PLANTA HONGO END6FITO

La hip6tesis mutualista. c:Como saber si una relaci6n entre una planta y un hongo en-d6fico es mutualista? En tal situaci6n la eficiencia (capacidad de sobrevivir y reprodu-

10 Recision- Hongo$ end6{ito5 lropicafe5: conocimiento actual y perspectiva5. Gamboa-Gaitan.

cirse), de cada uno de los miembros deberia ser mayor cuando estan asociados quecuando estan viviendo libremente. Sin embargo, esro no es facil de pre bar, dado que enalgunos casos e! componente fungico de esra simbiosis no vive 0 es dificil de encontrarlibre en la naturaleza. Algunos pastos y hogos end6fitos de las zonas templadas cons-tituyen un modelo ampliamente estudiado, del cual proviene la mayor evidencia parapostular que esta relacion es mutualista. Los estudios pioneros son de la zona templaday sirven como marco de referencia, siendo citas obligadas en este campo los trabajosde Cheplick y Clay (1988), Clay (1988, 1990), Clay et 01. (1985; 1993) Y Johnson et 01.(1985). Orros esrudios han usado arboles de la zona templada (Quercus spp. y Pinusspp.), pero en ellos no se enconrrc evidencia de proreccion contra herbivorfa por partedel hongo (Gaylord et 01., 1996; Hara y Futai, 1995).

EI efecro protector de los endofltos sobre pastas de la zona templada, ha sido repor-tado por Johnson et 01. (1985) Y Clay et 01. (1985), quienes usaron como herbivorosespecies de afidos y larvas de mariposa, respectivamente. En ambos casos, la morta-lidad del herbfvoro fue mayor cuando se alimemaba de plantas infectadas, aunquese pudieron derectar efecros variados de acuerdo a la combinaci6n afido planta(johnson etal., 1985). Tarnbien se han postulado otros beneficios para Ia planta hos-pedera de end6firos, como el au memo en el crecimiento de las plantas infectadas aunen ausencia de herbivorra (Clay, 1988) y una mayor resisrencia a hongos pat6genos(Christensen y Latch, 1991). Aunque los estudios demuestran daramente que losendofiros causan efectos negativos en los herbfvoros (Clayetal., 1993;Johnson et al.,1985), siendo de aceptaci6n general e! posrulado de un mutualismo basado en ladefensa contra herbivorfa (Clay, 1988), reciencemente se ha cuestionado la significan-cia de estos hallazgos en sistemas naturales (Saikkonen et 01., 1998). Es comun quelos ensayos realizados usen especies introducidas ylo que rara vez inreractuan encondiciones naturales. Por ejemplo, Clay et al. (1993) reponan baja biomasa yaltamortalidad en espod6prera (Spodoptera frugiperda) cuando fueron alimentadas confeswca (Festuca arundinacea) infectada con hongos end6firos (Acremonium spp.).Festuca es un pasto del viejo mundo imroducido en Norteamerica, mientras que es.pod6prera es un insecto nativo que raras veces forrajea en pastos, por 10 cual tienepoca probabilidad de encuentro can feswca. Asf las cosas, no hay' evidencia que elresulrado benefico hallado en este sistema sea producto de coevoluci6n mediada porun beneficio defensivo, ni que sea importante en fa naturaleza (Saikkonen et aI.,1998). El eswdio mas impactante en especies tropicales es el de Arnold etal. (2003),dande se detect6 un amagonismo entre hongos end6firos naturales y agentes pat6-genes del cacao. Esros autores encontraron una relaci6n inversa entre fa frecuencia delos end6firos y la de los pat6genos.

Latencia. Esta se define como el periodo comprendido entre el momemo en que unpat6geno penerra la plama y el momento en que comienza la relaci6n parasitica(Verhoeff, 1994). Segun dicha detinici6n la larencia se refiere a infecciones dormanres,asintomaticas, pudiendose considerar a los microorganismos en tal situaci6n comoend6titos temporales. Muchos de los trabajes con latencia versan sobre frutas tro.picales, como banano, placano, mango y aguacate (Verhoeff, 1994), donde es muy

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comun encontrar infecciones latentes de muchos microorganismos potencialmenredariinos como Coltetotnchum gloeosporoides. Esta etapa latente es seguida por unainfecci6n active cuando el fruto madura, 10 que produce anrracnosis, que es una de lasinfecciones mas importantes en estas frutas (Dodd et al., 1992). Detectar el microor-ganismo en su estapa asinromatica perrnitira prevenir perdidas econ6micas, de ahf laimportancia de los estudios en este grupo. Otro caso importante de end6fitos, latenciay cultivos, se encuentra en las infecciones asintomaticas por Fusarium moniliforme enmafz. Este hongo causa pudrici6n de granos, rakes, tallos y plantulas, ademas deproducir cinco tipos de toxinas (Bacon y Hinton, 1996). Tales toxinas se han implicadoen la producci6n de cancer de es6fago en Surafnca (Rheeder et aI., 1992). Existeevidencia que F moniliforme puede ser mas cormln como end6fito que como pat6genoen zonas templadas y tropicales. En un esrudio realizado en zona templada, porejemplo, se aisle Fusarium de todos los 6rganos de todas las plantas muescreadas y seobtuvieron dos ° mas cepas de la mayona de las plantas (Kedera et al., 1994). Asfmismo, en un estudio en Nigeria, la mayorfa de granos sanos y planculas asintomaricasde mafz presentaron F moniliforme como end6fito (Thomas y Buddenhagen, 1980).En las infecciones asinromaticas en rnajz, las hifas crecen intercelularmente, miencrasque en las pat6genas €I crecimiento es edemas intracelular (Bacon y Hinton, 1996).Dado que hay crecimiento activo del hongo, puede haber produce-on de micotoxinastambien. Esto sugiere que puede existir contaminacion par estas toxinas en el mafz y susderivados sin que haya evidencia de infeccion fungica. Se sugiere que los programas demejoramiento del mafz, que se enfocan particularmenre hacia las enfermedades visiblescausadas por Fusarium, se dirijan tambien bacia las infecciones end6fitas (Bacon yHinton, 1996). Desafortunadamente, ni los trabajos de latencia en Colletotricnum ni losde Fusarium en malz han sido integrados en la literatura de hongos end6fitos. Los unicostrabajos abordados y citados en cultivos, son los realizados en pastos.

Efectos fisiol6gicos en el hospedero. Los hongos son microorganismos con gran capa-cidad de influir el destino y la disponibilidad de los nutrienres en un ecosistema (Lodgey Cantrell, 1995), por 10 que es viable pensar que su presencia tenga repercusionesfisiol6gicas en el hospedero. Por ejemplo, las especies de end6fitos pueden afectar dife-rencialmente la tasa de uso de fotosintatos, ya que las especies varian en sus reque-rimientos y preferencias nutritivas. Esto podrfa afectar al hospedero, al inducir agota-miento de ciertos productos ylo acumulaci6n de otras, de acuerdo con la presenciaylo dominancia de ciertos end6fitos. Nuestros estudios indican que los hongos en-d6fitos no afectan la tasa fotosintetica de sus hospederos naturales en el estadfo deplantula (Gamboa-Gaitan et aI., 2005b), aunque recientemente se reporta el efectonegativo de los end6fitos en plantas tropicales de interes comercial (Rodrigues-Costaeta!., 2000). Una reciente publicaci6n en cebada, reporta el aumento de la toleranciaal estres salino y de la resistencia a enfermedades por parte de la planta gracias a lapresencia de un endefito de rafz (Waller et al., 2005). De otra parte, los hongosend6fitos tam bien producen metabolitos secundarios que pueden proteger la plantacontra herbivoros (Clay et 01., 1985; Clay, 1988). Si el recambio espaciotemporalde especies endofitas modifica la calidad ylo cantidad de tales metabolitos, entonceses posible que el hospedero tenga fluctuaciones temporales en la sensibilidad a

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herbrvoros. La importancia de esre aspecto es innegable, al menos para la planta.Desafortunadamente, no se sa be si [a produccion de toxinas in vivo alcanza cantidadesfisiologicamenre activas (Lodge et al., 1996), por 10 que en este campo hay masespeculaciones que datos reales, especialmente para especies tropicales. Un aspectoinreresante pero poco explorado, es el de la inceraccion fisiologica de los miembrosde esta sirnbiosis, la cual debe ser muy intense dada la asociaci6n celular cercana.Numerosas e inreresanres preguntas emergen en este campo, tales como ique papeljuegan los hongos en la senescencia de las hojas?, ique estrategia adoptan losend6fitos ante la inminencia de la calda foliar>, ic6mo inreracruan las rutas bio-qufrnicas secundarias de estos dos tipos de organismos tan qulmicamente activos?EJ terna es de tan crucial irnporrancia para la existencia de esta simbiosis. que se haposrulado recienremenre que el estado fisiologicc de [a planta determine si la relacionsera de caracrer rnutuaiista 0 parasttico (Redman et aI., 2001).

POTENCIAL DEL MODELO PLANTA HONGO END6FITO Y ESTUDIOS FUTUROS

Importancia agropecuaria de los end6fitos. La relevancia de los cndofiros para laganaderla es evidence, por cuanto se ha reportado intoxicaci6n de ganado por lastoxinas producidas por dichos microorganismos (Bacon et aI., 1977; Cockrum et ot.,1994), Yen algunos parses desarrollados se estirna que las perdidas oscilan entre 200y 800 millones de dolares anualmente (Hoveland, 1990). Los efectos de estos alcaloi-des induyen toxicosis, necrosis, baja produccion de leche, abortos, vasoconstricci6n,gangrena, perdida de peso, temperatura alta y supresi6n de prolactina (Clay, 1988;Rottinghaus et aI., 1991). No es probable que la industria ganadera de los tr6picossufra tanto por estos microorganismos, aunque el estudio de este tema se encuentraen un estado incipiente. Algunos reportes existen para zonas subtropicales deSuramerica (Cabral etal., 1999), aSI como en los Andes (Tapia, 1971; Perez-Arbelaez,1978; Davidse et al., 1994), donde se mencionan casos de pastos venenosos parael ganado que probablemente contienen end6firos y sus alcaloides. Estos pastostropicales de importancia econ6mica usados como forraje han sido poco estudiadosen este aspecto, aunque es justo en este grupo donde mas claramente se observa elmutualismo entre los hospederos y sus end6fitos Uohnson et al., 1985; Clay et aI.,1985; Clay, 1988). Es probable que en los pastos tropicales con fotoslntesis C3, quepueden considerarse fisiol6gicamente similares a los de zonas templadas, se puedapresentar una situaci6n similar.

Estudios realizados con plantas forrajeras leguminosas (Brachiaria), muestran que losMidos prefieren plantas no infectadas (C1AT, 199B). Existe varios ejemplos en la litera~tura que ilustran bien el potencial econ6mico de los end6fitos en este campo (Tabla 1).Una planta forrajera usada en Australia (Lupinus angustifolius, Fabaceae), que se usa paraalimentar ovejas, suele contener el hongo end6fito Phomopsis Jeptostromiformis. Este mi~croorganismo produce fomopsinas, toxinas hepatocarcin6genas debido a su actividadantimit6tica (Gallagher et aI., 1994), que afectan al ganado ovino. Todas las plantasutiles tropicales estudiadas al respecro han mostrado hongos endosimbiontes quepueden tener importancia econ6mica. Se han deteetado hongos end6fitos en plantascomo Stylosanthes (Pereira et a/., 1993), rabaco (Spurr y Welty, 1975), romare y pimen-

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ton (Ribeiro y Bolkan, 1981a; Ribeiro etal., 1982), banano (Gamboa-Gaitan, cornu-nicacion personal; Ribeiro y Bolkan, 1981 b), mafz (Fisher et al., 1992), arroz (Fisher yPetrini, 1992), Lupinus (Cockrum et al., 1994), cafe (Santamaria y Bayman, 200S,Rehner et al., 2006; Gamboa-Gaitan, comunicaci6n personal) y cacao (Arnold et 01.2003). Tanto en el estudio con arroz como con cafe se encontraron endosimbiontessaprofitos y otros potencial mente pat6genos, mientras que el estudio de Rehner et 01.(2006) mostr6 la existencia de cepas de Beauveria bassiana con capacidad de bio-control de msecros barrenadores. Adicionalmente, existe un reporte de un productonematic ida obtenido a partir de Phomopsis phaseo!i, un hongo endofito de un arboltropical. EI producto aistado fue el acido 3-hidroxipropi6nico, y rnostro actividadcontra Meloidol)'ne incognita, aunque curiosamente, el hongo fue aislado de 6rganosaereos de la planta (Schwarz et al., 2004).

Usas biatecnol6gicos. La presencia de toxinas y metabolitos secundarios con efectos fi-siol6gicos sobre otros organism os, conduce a otra pregunta obvia: icual es el potencialbiotecnol6gico de los endofitos? Un posible campo de accioo, de las propiedades de losendofitos, es en la protecci6n de cultivos mediante la producci6n de metabolites queevitan 0 disminuyen tanto la herbivorfa como la susceptibilidad a patogenos y a tensionambiental (par ejemplo, a sequfa). Ya existen semi lias disponibles en €I cornercio queestan infectadas con endofitos, los cuales Ie proveen ala planta mas resistencia contraherbfvoros y disminuyen la cantidad de insecticidas que hay que suministrar. De orraparte, es posible que otros compuestos del metabolismo de los hongos end6fitos ten-gan usos industriales y medicinales, 10 que constituye un estfmulo adicional para es-tudiar este grupo (Strobel, 1996; Strobel y Long, 1998). Un ejemplo sobresaliente es eldel taxol, un diterpenoide muy eficaz como agente antitumoral producido por la corte-za del arbol Taxus brevifolia, pero que tambien es producido por uno de sus hongos end6-fitos, Taxomyces andreae (Stierle et: al., 1993). Otro ejemplo, fa familia Xylariaceae, unade las mas comunes en los end6fitos trapicales, la cual produce abundantes sustanciasbioactivas como citocalasinas y griseofufvinas (Whalley y Edwards, 1987). Es impor-ranre anotar que los microorganismos endosimbiontes de los hongos tam bien puedenser productores de sustancias qufmicas fisiologicarnenre activas, que podrlan explicarafgunas propiedades arnbufdas inicialmente al hongo. Recientemente, Partida-Martinezy Hertweck (2005), mostraron en un esrudio con hongos del genero Rhizopus (grupocomunmente asociado a plantas), que la toxina atribuida al hongo (rizoxina), era enrealidad sintetizada por bacterias endosimbiontes del genero Burkholderia.

Usa de end6fitos en la industria. Los beneficios proveniences de la ciencia y la tec-nologla siempre han estado acompanados por la contaminaci6n que de elias sederiva. La industria del petroleo, por ejemplo, es una de las principales contaminantesdel ambiente, por 10 que se ha investigado bastante acerca del posible uso de losmicroorganismos para degradar tales contaminantes a metabolitos menDs t6xicos ypersistentes, en el proceso conocido como biorremediacion (Atlas y Cerniglia, 1995).Dado que la tecnologfa para la industria petrol era se desarrollo en los palses del norte,es en la zona templada donde mas se han realizado ensayos para detectar microor-ganismos biorremediadores. Algunos ejemplos son hongos de los generos Phanerochaete

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y Cunninghame//a, los cuales muestran actividad enzimatica en la degradaci6n de con-taminanres (Bogan y Lamar, 1996; Bayman y Bennett, 1998). En los rr6picos, sin ern-bargo, estos estudios han sido poco abordados, pero los pocos datos existentesmuestran un buen potencial de las especies de esta zona. Se han aislado dos hongosendofitos a partir de algas marinas tropicales, los cuales han mostrado algun tipo deacrividad en la descomposici6n de hidrocarburos como el fenanrreno. Estas propie-dades hacen de dichas hongos organismos potencial mente uriles para descontaminarcuerpos de agua de hidrocarburos. Uno de elias perrenece al genera Xy/aria y el otroaun no ha side identificado (Acevedo, comunicaci6n personal).

Otro usa potencial de los end6fitos es como vector de genes. La rransmision verticalde algunos hongos Acremonium se realiza practicamenre como si fueran organelos(Clay, comunicaci6n personal). Los hongos son mas manipulables genericamente quelas plantas que habitan (particularmente que los pastas), por 10que Clay sugiere queen lugar de transformar una planra se podrfan tarnsformar sus end6fitos, inocularlosy obtener la expresi6n en la planta. Algunos cultivos tropicales irnportanres carecende sistemas de transformaci6n genetica, por 10 que esra rura podrfa ser una alterna-tiva viable. Sin embargo, todavta no existe evidencia de transmisi6n vertical de endo-fitos en plantas tropicales (Bayman eta/., 1998).

Efecros inesperados en la ciencia. La gran mayorfa de los investigadores yen cad aplanta como un individuo y no como una comunidad. La verdad es que una solaplanta es un ecosistema que incluye hongos, bacterias, nematodes y mas microor-ganismos. Ignorarlos puede tener consecuencias cientfficas desastrosas. Por ejemplo,varios estudios filogeneticos de plantas produjeron resultados basados en el aisla-rniento y amplificaci6n del ADN fungico en lugar del material genetico vegetal. Lassecuencias del espaciador interne transcrito del ADN ribosomal de la conffera Piceaenge/mannii, fueron en realidad del hongo end6fito Hormonema dematioides (Camachoet a/., 1997). Asf mismo, en un estudio filogeneticc de bambues, el ADN secuenciadofue el de sus hongos endofitos (Zhang et at., 1997). Estos investigadores pagaron unprecio alto por no considerar las relaciones intimas entre las plantas y sus end6fitos.Es muy probable que parte de la literatura botanica, especialmenre la que respecta alanal isis del material genetico, presenre datos que esten influenciados por los microor-ganismos end6fitos de las plantas estudiadas.

Perspectivas. A pesar que no se puede establecer en la actualidad una relaci6n mutua-lista entre planras y hongos end6fitos tropicales, la cual podria estar basada en laproducci6n de metabolitos fungicos que protegerfan a la planra, es innegable el he·cho que los hongos son fabricas de sustancias qufmicamenre activas. Los potencialesson enormes y posibles campos de acci6n para las drogas y rutas metab61icas fun-gicas son la agronomfa (compuestos antiherbivorfa), la medicina (anticancerfgenoscomo el taxol) y la biorremediaci6n. Como puede verse, los hongos end6fitos cons.tituyen un grupo modelo para estudiar aspectos aplicados (el aumento de la produc-tividad del ganado) y teoricos (evoluci6n de la simbiosis, inreracciones planta micro-bio). Es evidente que mucho trabajo resta por hacer en este campo, por 10 que es

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necesario enfocar la investigaci6n en aspectos prioritarios tales como:- Catalogaci6n y descripci6n de especies en sus hospederos naturales.- Optimizaci6n de rnetodos y medics para aislar y cultivar end6fitos.- Estudios de la cornposicion y estructura de las comunidades endofiras.- Identificaci6n de taxones con potencial econ6mico (por ejemplo, hongos xilaria-

ceos) y estudio en elIaboratorio y el campo de su papel ecol6gico y su capacidadde producir sustancias qufmicamente activas.

- Estudios de la sucesi6n natural de las comunidades de end6fitos en la naturalezay 5U rol en el ensamblaje del ecosistema.

- Efectos fisiol6gicos de los end6fitos sobre sus hospederos naturales y las conse-cuencias sobre la eficiencia de estes.

AGRADECIMIENTOS

EI presente trabajo forma parte de la invesrigaci6n en hongos endofitos rropicalesfinanciada con aportes de los programas NASA-EPSCOR y FIPI de la Universidad dePuerto Rico, y de la DIB de la Universidad Nacional de Colombia. Se agradece a P.Bayman, M. Aide, E. Melendez, N. Fetcher y G. Toranzos, por sus comenrarios a 10largo de la elaboracion del trabajo y por revisar versiones previas de este manuscrito.

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