Interacciones antagónicas de los compuestos de defensa de las plantas


por la Sociedad Max Planck


Una defensa combinada de diferentes sustancias de defensa química podría resultar en una interacción negativa y una desintoxicación mutua, según investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química en un nuevo estudio, que aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences., sobre la especie de tabaco silvestre Nicotiana attenuata y uno de sus herbívoros especializados. 


Los análisis químicos del excremento revelaron que las larvas de la polilla halcón del tabaco Manduca sexta son capaces de separar los componentes de una sustancia de defensa y utilizarlos para desintoxicar otra. Sin embargo, las plantas de tabaco también han desarrollado una contraestrategia 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, pero también en el tratamiento médico de enfermedades, a menudo se recomienda confiar en una terapia combinada de diferentes agentes para lograr el mejor éxito. 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 se han encontrado con un efecto tan inesperado al estudiar los mecanismos de defensa en el tabaco silvestre Nicotiana attenuata. Demostraron que las larvas de la polilla halcón del tabaco Manduca sexta pueden usar dos defensas vegetales 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 que es más importante: ¿podemos mostrar de qué vías de señalización especializadas se originan y qué función tienen?». dice el primer autor 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 demostrar que las larvas de Manduca sexta son capaces de convertir dos sustancias diferentes de defensa vegetal conocidas : ácido clorogénico , un éster fenólico de ácido cafeico y ácido quínico, y glucósidos diterpénicos de 17-hidroxigeranillinalol, o HGL-DTG para abreviar, después de la ingestión de tejido 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 hojas de plantas que habían sido modificadas para desactivar uno de los dos mecanismos de defensa. De este modo, los investigadores pudieron demostrar no solo que los compuestos detectados en el excremento de las larvas se originaron a partir de ácidos clorogénicos y HGL-DTG ingeridos con el alimento vegetal, sino también que las orugas alimentadas con hojas incapaces de producir cualquiera de las defensas crecieron mejor que las orugas en las que solo la producción de HGL-DTG había sido inactivada.

Sin embargo, los investigadores fueron un paso más allá y querían saber cómo las plantas lidian con 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 Manduca sexta. Por 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 alimentar a esta planta, como el gusano cornudo del tabaco, por el otro. Se ha demostrado por primera vez que un herbívoro puede «sabotear» una defensa combinada que consiste en diferentes sustancias de defensa de tal manera que dos compuestos activos se desintoxican entre sí por conversión enzimática después de la ingestión. Presumiblemente, existen 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 utilizan un nuevo enfoque de investigación llamado frasómica, 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 bases de datos espectrales más grandes y algoritmos novedosos para identificar compuestos similares. 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.


Más información: La desventaja de la diversidad metabólica: Reordenamientos postingestivos por insectos especializados, 

Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.212280811



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