Universidad de Cambridge
Los hallazgos recientes de que las plantas emplean un mecanismo de supervivencia contra la sequía para defenderse también de las plagas chupadoras, podrían dar información para futuros programas de mejoramiento genético de cultivos destinados a lograr un mejor control de plagas a gran escala.
Utilizando un biosensor fluorescente avanzado (ABACUS2) que puede detectar pequeños cambios en las concentraciones de hormonas vegetales a escala celular, los científicos observaron que el ácido abscísico (ABA), que generalmente se relaciona con la respuesta a la sequía, promovió el cierre de estomas cinco horas después de haber sido infestada la planta con ácaros.
Los estomas (poros microscópicos de las hojas), son importantes para el intercambio gaseoso, pero también son los principales sitios de pérdida de agua. Cuando hay escasez de agua, las plantas actúan para conservarla, produciendo la hormona del estrés por sequía, ABA, para cerrar sus estomas.
Casualmente, el cierre de estomas también obstruye los puntos de entrada preferidos de las plagas chupadoras de nutrientes, como los ácaros. La araña roja de dos manchas es una de las plagas más dañinas económicamente, no es específica, por lo que taca una amplia gama de más de 1000 plantas, incluidos 150 cultivos.
Apenas visibles a simple vista, estas pequeñas plagas perforan y luego chupan las células vegetales. Sus poblaciones pueden aumentar muy rápidamente en cantidades enormes y pueden ser una de las plagas más destructivas en la industria de la jardinería y la horticultura, destruyendo las plantas de interior y reduciendo el rendimiento de hortalizas, frutales y cultivos para ensaladas.
Ha habido debate sobre el papel del ABA en la resistencia a las plagas. Inicialmente se observó que los estomas se cierran cuando las plantas son atacadas por plagas chupadoras de nutrientes, lo que llevó a diversas hipótesis, entre ellas que este cierre podría ser una respuesta de la planta a la pérdida de agua debido a la alimentación de las plagas, o incluso que las plagas podrían promover el cierre de los estomas para evitar que las plantas envíen compuestos volátiles dañinos para ellas.
En una colaboración entre el Centro de Biotecnología y Genómica Vegetal (CBGP) en España y el Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge (SLCU), investigadores que estudian cómo responde Arabidopsis thaliana a la araña roja o araña de dos puntos (Tetranychus urticae), han determinado que la planta entra en acción casi de inmediato, empleando la misma hormona que utiliza para la sequía, con el propósito de impedir que los ácaros penetren sus tejidos y, como resultado, reduce significativamente el daño por las plagas.
Los hallazgos publicados en Plant Physiology encontraron que el cierre máximo de estomas se logra en un período de 24 a 30 horas.
«Los estomas abiertos son entradas naturales donde plagas como pulgones y ácaros insertan sus estructuras de alimentación especializadas, llamadas estiletes, para perforar y luego succionar el contenido rico en nutrientes de las células subepidérmicas», dijo Irene Rosa-Díaz, quien llevó a cabo los experimentos con ácaros en SLCU y CBGP durante su doctorado con la Profesora Isabel Díaz, en el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (Universidad Politécnica de Madrid), y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agrícola y Alimentaria (UPM-INIA).
«Pudimos demostrar que la infestación de ácaros indujo una rápida respuesta de cierre de estomas aumentando la hormona vegetal ABA en los tejidos de la hoja, más alta en las células estomáticas y vasculares, pero también en todas las demás células de las hojas evaluadas. Demostramos a través de múltiples experimentos diferentes que el cierre de estomas obstaculiza a los ácaros”.
«Las plantas que fueron pre-tratadas con ABA para inducir el cierre de estomas y luego infestadas con ácaros, mostraron una disminución del daño por los ácaros, mientras que las plantas mutantes con deficiencia de ABA donde los estomas no pueden cerrar bien, así como las plantas que tienen más estomas, son más susceptibles a los ácaros».
El grupo de investigación de Alexander Jones en SLCU desarrolla biosensores in vivo que están revelando la dinámica hormonal en plantas con una resolución sin precedentes, incluido ABACUS2 que cuantificó el ABA celular en estos experimentos con ácaros.
El Dr. Jones dijo que el estudio destaca las importantes interacciones entre el estrés biótico y abiótico en las plantas: «Las señales de alerta temprana provenientes de la alimentación de los ácaros inducen una cascada de moléculas de señalización inmune, incluido el ácido jasmónico (JA) y el ácido salicílico (SA), entre otras respuestas químicas. En conjunto, estos resultados muestran que la acumulación de ABA y el cierre de estomas también son mecanismos claves de defensa, empleados para reducir el daño de los ácaros.
«El siguiente paso es investigar cuál es la señal inicial producida por los ácaros que la planta detecta y que posteriormente resulta en la acumulación de ABA. Los mecanismos bioquímicos que utiliza la planta como señales de ataque de plagas podrían ser cualquier cosa, incluidas las vibraciones por efecto de la alimentación de los ácaros, proteínas salivales de estos, sustancias químicas producidas por los ácaros o por la actividad de los mismos, daño celular directo (heridas) u otras moléculas asociadas con los ácaros.
«La identificación de los desencadenantes iniciales podría usarse para desarrollar nuevos tratamientos para los cultivos a fin de preparar a las plantas antes de que ocurran las infestaciones de plagas previstas. Es importante destacar que los esfuerzos para seleccionar plantas con rasgos estomáticos alterados, que ya deben equilibrar la relación entre la fotosíntesis versus la conservación del agua, también podrían considerar la resistencia a plagas dañinas».
Referencias: University of Cambridge. (3 de Mayo de 2024). PHYS ORG. Obtenido de Research discovers plants utilize drought stress hormone to block snacking spider mites: https://phys.org/news/2024-05-drought-stress-hormone-block-snacking.html
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