¿Cómo se defienden los cultivos hortícolas contra los hongos fitopatógenos?

• Los propios mecanismos de defensa de las plantas son una fuente de inspiración para los nuevos medios de lucha contra los hongos fitopatógenos

 

Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica

 

Todos los organismos vivos, desde las bacterias hasta los millares de células que constituyen las plantas, biosintetizan diversos compuestos químicos necesarios para su desarrollo y supervivencia.

Estos compuestos se dividen en dos categorías: los metabolitos primarios, sustancias químicas destinadas al crecimiento y desarrollo, tales como carbohidratos, aminoácidos, proteínas y lípidos, que provienen del metabolismo primario, y los metabolitos secundarios, que son el grupo de compuestos que aumentan la capacidad global de supervivencia, lo que lleva, en el caso de las plantas, a su interacción con el entorno.

Por lo tanto, los metabolitos secundarios de las plantas son a menudo producidos en una fase posterior al crecimiento, por lo que no realizan funciones en el crecimiento (aunque pueden colaborar con la supervivencia), y por lo tanto tienen estructuras químicas inusuales.

La producción de estos metabolitos está regulada por las necesidades específicas de cada especie, por ejemplo, la producción de compuestos volátiles por parte de las flores, para atraer insectos polinizadores, y la síntesis de compuestos tóxicos para evitar patógenos y herbívoros.

Los metabolitos secundarios tienen un efecto sobre los sistemas biológicos y, por lo tanto, se consideran bioactivos. Por lo tanto, una definición simple para los compuestos bioactivos de las plantas es, metabolitos secundarios que ejercen efectos farmacológicos y/o toxicológicos en otros organismos.

Los mecanismos de defensa de las plantas en la lucha contra herbívoros y patógenos involucran diferentes estrategias que van desde barreras físicas, como capas de cera, espinas, o producción de resinas y otros compuestos, que se les atribuye la participación de los metabolitos secundarios.

Estos compuestos vegetales, fitoquímicos, ejercen protección contra macro y microorganismos, e incluyen alcaloides, terpenos, esteroides y compuestos fenólicos.

Los fenoles simples como el ácido clorogénico o el ácido cafeico, o los compuestos más complejos, como los taninos, pueden ser directamente tóxicos para muchos microorganismos.

Además de brindar protección contra estos estreses bióticos, los compuestos fenólicos también protegen las células y los tejidos vegetales contra el daño oxidativo inducido por estrés abiótico, actuando como antioxidantes.

Los fitoquímicos con efectos antimicrobianos son componentes importantes de los sistemas de defensa de las plantas.

Entre tales sustancias, las fitoalexinas son inducidas por factores externos, inmediatamente después de su infección por microorganismos, como bacterias u hongos, para dificultar su crecimiento y propagación, mientras que las fitoanticipinas, ocurren naturalmente o aumentan después de la inducción.

Los compuestos que tienen actividad de fitoalexina pertenecen a una amplia variedad de clases, como flavonoides, terpenoides, alcaloides, poliacetileno etc. Todos ellos son metabolitos secundarios de las plantas.

Los fenólicos y los flavonoides son metabolitos secundarios que constituyen uno de los grupos de fitoquímicos más comunes y extensos.

Estos compuestos inhiben los patógenos al inducir la peroxidación lipídica de la membrana, lo que interrumpe la permeabilidad de la membrana celular fúngica y la función mitocondrial.

De manera similar, los terpenoides inhiben el crecimiento de hongos y también inducen resistencia a enfermedades, exhibiendo una actividad antifúngica de amplio espectro fuerte y estable, lo que sugiere que podrían desarrollarse como alternativas a los fungicidas químicos.

Cuando los patógenos fúngicos penetran las barreras físicas modificando o degradando las paredes de las células huésped, los receptores de reconocimiento de patrones pueden reconocer estructuras moleculares asociadas al daño o patrones moleculares asociados a patógenos y activar la inmunidad.

Los patógenos fúngicos pueden secretar efectores o factores de virulencia, que pueden ser reconocidos por proteínas de unión a nucleótidos y repeticiones ricas en leucina y otras proteínas de resistencia vegetal.

Tal reconocimiento puede dar como resultado una mayor inmunidad desencadenada por efectores, que se postula como una respuesta acelerada y amplificada.

Un número variado de genes exhiben patrones evolutivos especiales entre las especies de plantas. Hasta la fecha, solo se ha confirmado que unos pocos genes NB-LRR funcionan en respuesta a patógenos fúngicos. Una mayor exploración en profundidad de los posibles NB-LRR y sus mecanismos de acción puede enriquecer sustancialmente el arsenal para contrarrestar los patógenos fúngicos.

El uso excesivo de fungicidas y agentes antimicrobianos tradicionales ha aumentado la resistencia de los patógenos a estos compuestos y también amenaza la seguridad alimentaria y el medio ambiente.

Por lo tanto, se deben desarrollar nuevas estrategias para el control eficiente de enfermedades para cumplir con los requisitos para el desarrollo sostenible de la industria agrícola.

Los últimos estudios indican que la inducción de resistencia intrínseca en cultivos hortícolas a través de elementos reguladores es factible y eficiente.

Tráfico de ARN entre reinos, una nueva herramienta

El descubrimiento del tráfico de ARN entre reinos ha proporcionado nuevas perspectivas para la protección de cultivos.

El hongo necrotrófico B. cinerea puede producir pequeños ARN que funcionan como efectores para suprimir la inmunidad del huésped. A su vez, las plantas huésped introducen estos ARNs en B. cinerea a través de vesículas extracelulares que suprimen la expresión de genes asociados con la patogenicidad.

El ARN de doble cadena (dsRNA) presente en el ambiente, puede ser absorbido por muchos microbios eucariotas con eficiencia variable, y la aplicación tópica de éstos, puede presentar alta eficiencia al inhibir la expresión de genes relacionados a la patogenicidad, reduciendo notablemente la contaminación y los síntomas de enfermedades de las plantas.

Además, el desarrollo y la aplicación de tecnologías ”ómicas” (genómica, transcriptómica y proteómica) han proporcionado gran conjunto de datos en múltiples niveles, lo que ha ampliado aún más los conocimientos sobre las respuestas de defensa contra los patógenos fúngicos.

 

Fuentes
https://phys.org/news/2022-08-horticultural-crops-defend-fungal-pathogens.html Acceso el 30/08/2022.

Ângelo Filipe Santos Luís (2014).
Pesquisa e Identificação de Compostos Bioativos em Plantas Florestais.
Tese de doutorado em Bioquímica, Universidade da Beira Interior, Portugal.

Imágenes
Portal Embrapa. Acceso el 31/08/2022
https://phys.org/news/2022-08-horticultural-crops-defend-fungal-pathogens.html Acceso el 30/08/2022.