En la Estación Experimental del Zaidín (Granada), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España (España), la Dra. María José Pozo, ha conducido reveladoras investigaciones vinculadas con la capacidad de los microorganismos para inducir respuestas de defensa de las plantas contra posibles agresores.

La plasticidad fenotípica de los vegetales, señala, les permite adaptarse a condiciones de estrés. Es fácil entenderlo, si pensamos en una planta que crece buscando la luz. Existen muchos ejemplos de microorganismos que pueden acentuar esta capacidad. En los últimos años, técnicas como la genómica y la metabolómica, han permitido avanzar en la identificación de dichos beneficios y acercarse a una explicación.

A través de estudios recientes en salud humana y animal se ha aprendido que la microbiota no solo ayuda a la digestión de ciertos compuestos y a la absorción de vitaminas, sino que también fortalece al sistema inmune. La posibilidad de desarrollar ratones libres de microorganismos ha mostrado que, además de anomalías inmunológicas, presentan alteraciones del sistema nervioso, como ansiedad o depresión, y problemas de obesidad, entre otros. Se sabe que en una condición libre de microbios las respuestas defensivas se ralentizan, mientras que su presencia balanceada induce reacciones adecuadas.

UN SISTEMA “ENTRENADO” REACCIONARÁ MEJOR ANTE LAS AMENAZAS

Una situación muy similar se ha ido revelando en las plantas, pues los microorganismos beneficiosos, más allá de los aspectos nutricionales, regulan muchas funciones de la sanidad de la planta a través del priming. Esta palabra en inglés designa una suerte de preacondicionamiento. Pequeños estreses hacen que la planta esté mejor preparada para enfrentar la ocurrencia de uno realmente grave. Un sistema que ha estado “entrenando” en interacción con microorganismos beneficiosos reaccionará de mejor manera al momento de detectar posibles amenazas.

“Una de las grandes preguntas, ahora mismo –plantea la Dra. Pozo–, es de qué manera la planta puede distinguir agresores como virus, hongos, bacterias, oomicetos e insectos, para frenarlos, a la vez que promueve la interacción con hongos, bacterias u otros organismos beneficiosos”.

Se conoce que fitohormonas, y principalmente el ácido jasmónico, ácido salicílico, ácido absísico y etileno, participan en la regulación de la respuesta defensa. Pero no lo hacen de manera lineal, sino que a través de una compleja red de interacciones. Las plantas deben responder a muchos agentes muy diversos, prácticamente con los mismos elementos. Por ejemplo, frente a un virus, la mejor defensa sería matar o ‘suicidar’ las células infectadas, ya que así lo contendría donde se está replicando. Pero si se tratara de un hongo necrótrofo, que se alimenta de tejido muerto, esa conducta resultaría fatal, ya que sería como ofrecerle un festín. “Por eso las respuestas a los hongos necrótrofos se regulan por jasmonatos, en tanto las reacciones ante virus son accionadas por ácido salicílico; ambas hormonas regulan por vías distintas –explica la investigadora–. Esos serían extremos, digamos, entre los cuales hay toda una gama de grises ante los que se producirían las distintas hormonas en diferentes proporciones y tiempos, llevando a ajustar si son quitinasa, proteasas o qué tipo de proteína de defensa la planta va a activar o producir”. La idea de priming incluye también la capacidad de enfrentar estreses abióticos, como salinidad, sequía y otros.

En el caso de las micorrizas (asociación simbiótica, mutuamente beneficiosa entre un hongo –mycos– y la raíz –rhizos– de una planta), las hifas del hongo están invadiendo el sistema radical. De alguna manera provocan una pequeña reacción de defensa que significa un costo para la planta, el cual se compensa con los beneficios adicionales obtenidos.

Cuando un cultivo está en condiciones ideales, el efecto favorable del microorganismo pasará inadvertido. Pero su potencial se aprecia al aparecer un estrés, porque la respuesta de defensa se produce en mucho menos tiempo y de forma más amplia, de modo que las pérdidas se ven reducidas. Ante desafíos más evidentes, los beneficios son más obvios.

UNA ASOCIACIÓN QUE LLEVA MÁS DE 400 MILLONES DE AÑOS

Las investigaciones para explicar cómo funciona el estado de alerta indican que cambios menores, de un costo mucho más bajo para la planta que la activación directa, llegado el momento posibilitan una activación más veloz y completa. Por ejemplo, puede acumular quinasas que se guardan inactivas en el citosol, y si aparece el microorganismo agresor, no necesita comenzar a sintetizar de nuevo una gran cantidad de proteínas de defensa desde cero, sino que se gatilla una rápida respuesta en cascada.

Las micorrizas arbusculares tienen una asociación con más del 80% de las plantas terrestres, una interacción que se remonta a más de 400 millones de años, y están en todo el mundo. La Dra. Pozo estima que su importancia para los vegetales no va tanto por el lado nutricional, sino por esta capacidad de operar como un “seguro de vida” frente a estreses mayores, entre los cuales también se incluiría la limitación de nutrientes.

Desde hace muchos años se ha descrito que las plantas micorrizadas son más resistentes a los patógenos del suelo. Inicialmente ello se atribuía a una mejora en la nutrición, pero ahora se reconoce la participación de otros mecanismos: hay cambios en las poblaciones microbianas en la rizosfera (zona del suelo cercana a las raíces vivas), competencia por nutrientes y por sitios de colonización, e inducción de las herramientas de defensa de la planta.

UN HALLAZGO SORPRENDENTE: PAREDES QUE OBSTRUYEN EL AVANCE DEL PATÓGENO

En su tesis doctoral, la bióloga de la E. E. del Zaicín abordó el caso de la fitóftora en tomate. En plantas sin micorrizas este oomiceto entra a la raíz y rápidamente provoca la muerte celular. En una planta micorrizada, como es casi obvio, no tiene la capacidad de ingresar donde ya está colonizada por los arbúsculos del hongo benéfico que llenan toda la célula (competencia por sitio).

Mediante el diseño de un experimento que permitía compartimentar la presencia de micorrizas y fitóftora en la planta, es decir, micorrizas a un lado y fitóftora al otro, se comprobó que el efecto iba más allá de la simple competencia por sitio. En las plantas de control, completamente sin micorrizas, se midieron evidentes daños de fitóftora. En cambio, en aquellas en las cuales una parte tenía micorrizas y la otra fitóftora, sin que hubiera contacto físico entre ambas –y por lo tanto no existía ningún tipo de biocontrol clásico en el sentido de directo–, se determinó un desarrollo mucho menor del patógeno.

Al usar microscopía, hubo un hallazgo adicional sorprendente: una estructura tipo papila, con acumulación de material de pared, compuestos fenólicos y proteínas PR, obstruía el avance de la hifa de fitóftora cuando intentaba pasar desde una célula infestada a una sana, para expandirse, de manera que la planta impedía su progresión. Un aspecto muy importante: esto no ocurría en las plantas si no estaba el patógeno; la “artillería” solo se ponía en marcha cuando aparecía la infección.

EFECTO SISTÉMICO CONTRA BOTRYTIS EN EL FOLLAJE

La literatura reporta algunos trabajos dando cuenta de que este estado de alerta se extiende también a la parte aérea, por lo cual se decidió realizar bioensayos con Botrytis cinerea, la llamada pudrición gris. Otra vez los resultados dieron cuenta de un menor desarrollo del hongo en las hojas de las plantas micorrizadas, comparándolas con el testigo. Y nuevamente se apreció una formación callosa a nivel de células foliares, intentando frenar al patógeno. Se trata de una respuesta sistémica, porque las micorrizas se encuentran en la raíz. El fenómeno se produce tanto en la planta no micorrizada como en la que sí lo está, pero el cambio es mucho más pronunciado en la segunda. Con la metabolómica los investigadores de Granada buscaron los compuestos intervinientes, detectando una relación con ácido jasmónico y genes marcadores de la ruta metabólica del jasmonato. Sin embargo, no siempre se halló un nivel superior de jasmonato en las plantas micorrizadas, de modo que se decidió estudiar si en ellas se generaba una mayor reacción ante la misma dosis de fitohormona.

Se hicieron evaluaciones donde plantas micorrizadas y no micorrizadas se manejaron para asegurar su igualdad en términos de condiciones de crecimiento. Ello es importante, subraya la Dra. Pozo, para descartar que las variaciones se deban a aspectos nutricionales.

Se encontró que la expresión de los genes inducidos por jasmonato y la actividad enzimática subieron tanto en las plantas no micorrizadas como micorrizadas, pero en mucho mayor medida en estas últimas. Lo mismo ocurrió en marcadores de defensa relacionados con genes activados por jasmonato en respuesta a ataques de insectos.

EFECTO SOBRE LARVAS QUE DAÑAN LAS HOJAS

Nuevos experimentos, ahora con Spodoptera exigua (“gusano soldado” o “rosquilla verde”, cuya larva es causante de importantes daños en hojas de cultivos como pimiento, entre otros), también mostraron el efecto de priming. Ante la alimentación de la larva se produce una acumulación de jasmonato, isoleucina y ácido abscísico, que es mucho mayor en el caso de las plantas micorrizadas. Un seguimiento de lo que ocurría con el insecto detectó que en las plantas micorrizadas casi el 50% de las larvas había muerto para el día 11, contra un 20% en las no micorrizadas. Al utilizar un mutante deficiente en acumulación de ácido abscísico, el efecto de la micorriza se perdió, o sea que es mediado por esta fitohormona. En el análisis de hojas de las plantas del experimento se encontraron conjugados de poliaminas respecto de los que se ha descrito un efecto sobre insectos. El patrón se repitió otra vez: los niveles subieron en las hojas de las cuales se alimentaron las larvas en las plantas sin micorrizas, pero el aumento fue muy superior en las plantas micorrizadas.

“Muchos microorganismos son capaces de modular la capacidad de la planta de gestionar sus mecanismos. En concreto, el ácido jasmónico, especialmente, y el ácido abscísico, parecen ser fundamentales. Aunque me he referido a casos con micorrizas, tenemos estudios también con trichodermas, con micronosporas y otros muchos trabajos de compañeros investigadores donde se demuestra que esta interacción con microorganismos beneficiosos potencia la respuesta de defensa” concluye María José Pozo.