Cuando las plantas de soja sobreviven a los ataques de insectos y a períodos de sequía, recuerdan.
por John Lovett, Universidad de Arkansas
Si bien las plantas no recuerdan como los animales, investigaciones de la Estación Experimental Agrícola de Arkansas demuestran que las plantas de soja pueden transmitir respuestas adaptativas al estrés —como las causadas por insectos hambrientos— de generación en generación sin modificar su ADN.
Los científicos denominan a este tipo de adaptación intergeneracional «plasticidad transgeneracional», y el consenso ha sido que los factores estresantes independientes, como la sequía y la herbivoría (o la alimentación de animales vegetales), pueden inducir la expresión génica, posiblemente mediante la epigenética. A diferencia de los cambios genéticos o mutaciones, los cambios epigenéticos son reversibles y no modifican la secuencia de ADN, sino la forma en que un organismo interpreta su secuencia.
Implicaciones para la agricultura
En la soja, uno de los cultivos más importantes del mundo, investigadores de la estación experimental, rama de investigación de la División de Agricultura del Sistema Universitario de Arkansas, han descubierto la primera evidencia de que la sequía y la herbivoría de insectos pueden tener efectos duraderos y transgeneracionales. Estos factores de estrés no solo afectan a las plantas progenitoras, sino que también alteran las características y defensas de sus descendientes.
La investigación demuestra algunos de los impactos positivos y negativos que los factores estresantes tienen sobre la progenie de una planta y podrían utilizarse para desarrollar cultivos más resistentes en la misma temporada.
Como una vacuna puede generar inmunidad, técnicas como el «preparado» y el «endurecimiento» en las primeras etapas vegetativas podrían permitir que las plantas soporten futuros reveses con una reducción mínima en el rendimiento, según Rupesh Kariyat, profesor asociado de entomología de cultivos en el departamento de entomología y patología vegetal de la División de Agricultura y el Dale Bumpers College of Agricultural, Food and Life Sciences.
«Esto nos brinda la oportunidad de manipular el grado de estrés de la soja para reforzar sus defensas al inicio de la temporada sin comprometer el rendimiento final del cultivo», explicó Kariyat. «Pero hay un inconveniente: aún no hemos cuantificado el umbral de estrés por sequía y herbivoría que podría causar más daño que beneficio a las plantas».
Durante los últimos dos años, Kariyat y los estudiantes de doctorado Manish Gautam e Insha Shafi han estudiado cómo las orugas de dos insectos (la oruga medidora de la soja y el gusano cogollero) interactúan con las plantas de soja y sus efectos sobre las plantas madre y sus descendientes en una variedad de situaciones, incluida la coincidencia de la sequía y la herbivoría secuencial.
Su investigación ha sido publicada recientemente en las revistas Plant-Environment Interactions , Plant, Cell & Environment y Environmental and Experimental Botany .
Ecología y economía
Kariyat, titular de la cátedra Clyde H. Sites de fisiología internacional de cultivos, señala que el cambio climático ya está empeorando las amenazas a los insectos.
«Los insectos son cada vez más grandes y pasan por varias generaciones cada año», dijo. «Eso conlleva un mayor uso de pesticidas, lo cual no es sostenible».
Mejorar la resiliencia de la soja mediante la memoria de estrés podría reducir la dependencia de los pesticidas, con importantes beneficios ecológicos y económicos. Mientras que los agricultores estadounidenses suelen comprar semilla fresca anualmente, en Brasil y Kenia muchos dependen de semillas guardadas para evitar el alto costo de las variedades comerciales. En estos sistemas, las características transmitidas de las plantas progenitoras a sus descendientes adquieren especial relevancia.
Pros y contras de la memoria del estrés
Kariyat y sus candidatos doctorales llevaron a cabo experimentos de múltiples capas para probar si las plantas de soja sometidas a estrés por sequía son más vulnerables a los insectos y qué parte de la memoria de la planta parental (su respuesta al estrés) se transmite a su progenie para hacer frente a tipos específicos de herbivoría.
La progenie de plantas estresadas produjo semillas con mayor contenido de nitrógeno y proteína , indicadores clave de la aptitud vegetal. La descendencia también produjo más flores y presentó una mayor densidad de tricomas, las diminutas estructuras similares a pelos que las defienden de las plagas. Kariyat observó que estos efectos positivos fueron más fuertes cuando las plantas progenitoras experimentaron tanto sequía como presión herbiva.
A pesar de estas ventajas, la memoria del estrés tuvo un precio: defensas fuertes, pero un crecimiento más débil. La progenie estresada mostró una producción reducida, incluyendo una mayor tasa de vainas vacías.
Los tricomas defensivos también disminuyeron con la madurez, lo que sugiere que las defensas mejoradas podrían ser efímeras o dependientes de la edad. La investigación sugiere que existe una disyuntiva costosa entre supervivencia y productividad, afirmó Kariyat.
Kariyat concluyó que su investigación hasta el momento indica que la memoria de estrés en la soja es un arma de doble filo. Si bien puede mejorar la defensa y el vigor inicial, también conlleva compensaciones fisiológicas que, en última instancia, reducen la aptitud física y el rendimiento.
Experimento destacado: Orugas en un puente
Para comprobar si los insectos podían detectar el estrés por sequía previo en la soja, los investigadores construyeron pequeños puentes entre plantas previamente sometidas a estrés por sequía y plantas que habían recibido suficiente agua de forma constante. Observaron que las orugas de la oruga medidora de la soja se detenían, giraban la cabeza y, a menudo, regresaban a las plantas más sanas, según el estudio.
La escala del daño causado por las orugas en las plantas regadas de manera constante fue significativamente mayor que en las plantas que se habían recuperado del estrés por sequía, lo que respalda la «hipótesis del vigor de la planta» de que las plagas prefieren huéspedes robustos.
El primer contacto es importante
La mayoría de los estudios previos se centran en un solo factor estresante, pero las condiciones reales de las explotaciones agrícolas suelen implicar múltiples factores. El equipo de Kariyat analizó qué sucede cuando la oruga medidora de la soja y el gusano cogollero atacan en secuencia. Su hallazgo fue sorprendente.
Cuando la oruga de la soja llegó primero, la progenie de las plantas de soja tenía un contenido de nitrógeno un 40% mayor, más flores y vainas, y mejores niveles de proteína que cuando se invirtió el orden.
Si bien esto podría sugerir que la herbivoría puede preparar a la soja para un mejor rendimiento, Kariyat advierte que el efecto depende del tipo, el momento y la gravedad de los factores estresantes.
«No es que la herbivoría siempre mejore el rendimiento de la planta, sino que el tipo, la gravedad y la combinación de factores estresantes determinan si las respuestas serán beneficiosas o perjudiciales», afirmó Kariyat. «Según la investigación realizada hasta la fecha, si bien el estrés biótico moderado o mínimo puede inducir resiliencia en la soja —y esto también se observa en otros sistemas—, la combinación de estrés abiótico y biótico puede conducir a un rendimiento exhaustivo, desencadenando costosas respuestas defensivas que a menudo comprometen el rendimiento y la aptitud biológica».
Por ejemplo, los tricomas, estructuras similares a pelos en las plantas, aumentaron más en la progenie de las plantas expuestas a la sequía y a tratamientos herbivoros que en aquellas que solo se sometieron a sequía. Sin embargo, al evaluar la herbivoría secuencial, no se observaron diferencias en la densidad de tricomas, lo que sugiere que las plantas priorizaban sus rasgos fisiológicos y de adaptación sobre sus defensas físicas al enfrentarse únicamente a la herbivoría.
Esto indica que la sequía puede jugar un papel importante a la hora de inclinar la balanza desde un estrés beneficioso hacia una sobrecarga perjudicial.
Más información: Insha Shafi et al., Huellas transgeneracionales de la herbivoría secuencial en la fisiología y los rasgos de aptitud de la soja, interacciones planta-ambiente (2025). DOI: 10.1002/pei3.70070
Manish Gautam et al., La sequía y la herbivoría tienen efectos transgeneracionales selectivos en la ecofisiología, la defensa y la aptitud de la soja, Plant, Cell & Environment (2025). DOI: 10.1111/pce.70067
Manish Gautam et al., La sequía y la herbivoría impulsan cambios fisiológicos y fitohormonales en la soja (Glycine max Merril): Perspectivas de un metaanálisis, Planta, célula y entorno (2025). DOI: 10.1111/pce.15558
Manish Gautam et al., La compensación de rasgos fisiológicos bajo sequía simulada y herbivoría tiene consecuencias funcionales para la aptitud de la soja (Glycine max (L.) Merrill), Botánica Ambiental y Experimental (2024). DOI: 10.1016/j.envexpbot.2024.105944
