(Max Planck Society, 2022)
Una defensa combinada a base de diferentes sustancias químicas producidas por las plantas, podría resultar en una interacción negativa y una desintoxicación mutua (anulando el efecto de las sustancias de defensa), según investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química, en un nuevo estudio que aparece en la revista “Proceedings of the National Academy of Sciences”, sobre la especie de tabaco silvestre Nicotiana attenuata y uno de los herbívoros especializados que la consumen. Los análisis químicos del excremento revelaron que las larvas de la polilla del tabaco Manduca sexta (el herbívoro especializado) pueden separar los componentes de una sustancia de defensa y utilizarlos para desintoxicar otra sustancia de defensa. Sin embargo, las plantas de tabaco también han desarrollado una contra-estrategia para minimizar la desintoxicación mutua de sus defensas: evitan producir las dos sustancias involucradas en la desintoxicación simultáneamente en altas concentraciones.
En el control químico de plagas, y también en el tratamiento médico de enfermedades, con frecuencia se recomienda apoyarse en una terapia de combinación de diferentes agentes para lograr la mayor eficacia. Sin embargo, muchos prospectos de medicamentos señalan que puede haber interacciones entre diferentes ingredientes activos, que no solo pueden mejorar el efecto de un medicamento, sino también debilitarlo o incluso anularlo. Investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, ahora han encontrado este efecto tan inesperado al estudiar los mecanismos de defensa en el tabaco silvestre Nicotiana attenuata. Demostraron que las larvas de la polilla del tabaco Manduca sexta son capaces de utilizar dos sustancias de defensa vegetal diferentes para contrarrestar el efecto dañino de la otra.
El estudio se basa en análisis químicos de excremento de oruga. «Pudimos identificar sustancias químicas previamente desconocidas en el excremento de las orugas. Sin embargo, descubrimos que compartían características estructurales de dos compuestos de defensa de las plantas. Por lo tanto, las preguntas clave para nosotros fueron: ¿Podemos aislar los componentes y probar su estructura? y, lo más importante: ¿podemos mostrar de qué vías de señalización especializadas se originan y qué función tienen?». Dijo el investigador Sven Heiling.
Los investigadores utilizaron análisis de espectrometría de masas comparativa de los metabolitos de las plantas y el excremento de las orugas que se habían alimentado de estas plantas. Pudieron mostrar que las larvas de Manduca sexta son capaces de convertir dos sustancias diferentes de defensa vegetal conocidas: ácido clorogénico, un éster fenólico del ácido cafeico y ácido quínico; y glucósidos diterpénicos de 17-hidroxigeranillinalol, o HGL-DTG para abreviar. Después de la ingestión de la hoja, La unión del ácido clorogénico a ciertos azúcares de las moléculas HGL-DTG hace que los dos compuestos originales sean menos efectivos contra los herbívoros.
Estos resultados fueron respaldados por experimentos de alimentación con orugas, en las hojas de plantas que habían sido modificadas para desactivar uno de los dos mecanismos de defensa. De este modo, los investigadores pudieron demostrar no sólo que los compuestos detectados en el excremento de las larvas se originaron a partir de ácidos clorogénicos y HGL-DTG ingeridos en las hojas, sino también que las orugas alimentadas con hojas incapaces de producir cualquiera de las dos moléculas de defensa, crecieron mejor que las orugas en las que sólo la producción de HGL-DTG había sido inactivada.
Sin embargo, los investigadores fueron un paso más allá y querían saber cómo las plantas enfrentan este dilema en la naturaleza. Dada la larga historia evolutiva de la «carrera armamentista» entre plantas e insectos, se preguntaron qué respuesta tienen las plantas de tabaco a la inteligente estrategia de desintoxicación de la plaga Manduca sexta. Para ello, estudiaron las propiedades bioquímicas de las plantas de tabaco en diferentes hábitats naturales. «Observamos 183 accesiones naturales, es decir, material de Nicotiana attenuata recolectado en un lugar específico en momentos específicos. Lo sorprendente fue que las plantas de diferentes hábitats parecen seleccionar los compuestos que son esenciales para adaptarse a su entorno específico, y suprimir la producción de los otros compuestos. Este patrón químico puede ayudarlos a evitar la desintoxicación mutua hasta cierto punto», dice el coautor Jiancai Li.
El estudio representa un impresionante ejemplo de la evolución de las defensas de las plantas, por un lado, y los procesos de adaptación de un insecto que se especializa en alimentarse de esta planta, como el gusano de la palomilla del tabaco, por el otro. Se ha demostrado por primera vez que una defensa combinada, que consiste en diferentes sustancias de defensa, puede ser saboteada por un herbívoro, de tal manera que dos compuestos activos se desintoxican entre sí por conversión enzimática después de la ingestión. Presumiblemente, hay muchos otros ejemplos en la naturaleza de las sofisticadas estrategias de desintoxicación desplegadas por los insectos herbívoros especialistas. Sin embargo, tales enfoques de investigación no están bien establecidos porque es difícil identificar los cambios químicos en las sustancias después de la ingestión por parte de los herbívoros.
Con el fin de dilucidar las estrategias de desintoxicación de los insectos, Ian Baldwin y sus colegas desarrollan una nueva investigación utilizando un nuevo enfoque llamado *“frassomics”, que les permite describir la conversión química de los metabolitos de las plantas en el insecto mediante el análisis de su excremento. Los científicos esperan descubrir muchos más ejemplos similares, debido a los nuevos avances en espectrometría de masas, así como a bases de datos espectrales más grandes, y algoritmos novedosos para identificar compuestos similares. Los investigadores quieren averiguar en un próximo paso, qué enzima utilizan las larvas de Manduca sexta para la desintoxicación mutua de las defensas de la planta, y estudiar con más detalle el origen evolutivo de esta enzima.
Referencias:
Max Planck Society. (6 de Junio de 2022). Antagonistic interactions of plant defense compounds. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-06-antagonistic-interactions-defense-compounds.html
quimcasa.blog 