Los científicos decodifican la defensa química en las plantas contra los saltamontes chupadores de savia de las plantas


Dada la gran cantidad de enemigos potenciales, las plantas son resistentes a la mayoría de las plagas, incluso si pueden causar daño a otras plantas. 


por la Sociedad Max Planck


En un nuevo estudio publicado en la revista Science , los investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química describen un mecanismo recientemente descubierto que protege a una especie de tabaco silvestre de los saltamontes chupadores de savia de las plantas. Mediante la combinación de diferentes métodos de detección genética con el estudio de los cambios químicos en las hojas del tabaco, identificaron una sustancia de defensa previamente desconocida importante para la resistencia del tabaco a los cicadélidos y caracterizaron los genes para su biosíntesis.

Las plantas se encuentran en la parte inferior de la cadena alimentaria y están continuamente amenazadas por patógenos e insectos herbívoros. Pero la gran mayoría de los atacantes no pueden causar ningún daño debido a la amplia resistencia de la planta, también conocida como resistencia no hospedante. Esta resistencia es permanente y eficaz. Sin embargo, los mecanismos que conducen a esta resistencia, en particular a las plagas herbívoras, son en gran parte desconocidos. En un nuevo estudio, investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química pudieron identificar una sustancia química responsable de la resistencia de las plantas de Nicotiana attenuata a las chicharritas chupadoras (Empoasca spp.) y los genes necesarios para su producción. «Nuestra investigación descubrió cómo las plantas nativas usan químicos reprogramación para defenderse de los chicharritas oportunistas en la naturaleza», dice el primer autor Yuechen Bai, resumiendo los resultados.

En 2004, los científicos del instituto ya habían descubierto en estudios de campo que las plantas de tabaco tenían problemas en su cascada de señalización de defensa basada en la hormona vegetal ácido jasmónico.fueron atacados por chicharritas, insectos que generalmente no pueden dañar las plantas de tabaco con defensas funcionales. El trabajo comprobó que, en la naturaleza, las plantas son permanentemente «probadas» por insectos herbívoros para saber si pueden servir como fuente de alimento; sin embargo, en la mayoría de los casos las plantas pueden defenderse de manera efectiva. De acuerdo con estos hallazgos, otro estudio realizado por el instituto mostró que los cicadélidos colonizaron las mismas plantas en poblaciones naturales de tabaco cuya vía de señalización del ácido jasmónico era más débil que en otras plantas de tabaco. «Sin embargo, en ese momento, aún se desconocía qué mecanismos de defensa específicos activados por el ácido jasmónico eran responsables de la resistencia a los saltahojas», explica Dapeng Li, uno de los líderes del estudio.

Para responder a esta pregunta, los científicos cruzaron 26 líneas parentales naturales genéticamente diferentes. Esta población, que el equipo de investigación cruzó según un esquema fijo durante un total de nueve años, se plantó en su hábitat natural en Arizona, EE. UU., donde podría ser atacada por chicharritas oportunistas. Cuando los cicadélidos atacaron estas plantas, la gravedad del daño ayudó a identificar la base genética que convirtió a esta planta en particular en una planta huésped para los cicadélidos que aprovechan las defensas débiles.

Los investigadores también investigaron qué cambios químicos se provocan en las plantas después del ataque y qué genes se activan. Encontraron una nueva sustancia inestable, para la que usaron la abreviatura CPH (caffeoylputrescine-green-leaf-volatile compound), que era responsable de la resistencia permanente a los saltahojas. A través del trabajo de detective bioinformático y utilizando plantas que fueron modificadas específicamente en ciertos genes de defensa y transducción de señales, pudieron mostrar qué tres vías metabólicas estaban involucradas en la producción de este químico. Finalmente, los investigadores incluso lograron reconstituir la ruta biosintética de la sustancia de defensa CPH en dos plantas relacionadas, el frijol Vicia faba y la especie de tomate Solanum chilense, y demostrar su eficacia contra los saltahojas.

Los científicos decodifican la defensa química contra los saltamontes chupadores de savia de las plantas
Dos chicharritas del género Empoasca sobre una hoja de tabaco. Investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena dilucidaron la defensa química que usan las plantas de tabaco para defenderse de esta plaga chupadora de savia. Crédito: Danny Kessler, Instituto Max Planck de Ecología Química

«Al combinar métodos sofisticados de biología molecular y análisis químico, pudimos identificar y caracterizar no solo una sustancia de defensa previamente desconocida, sino también los genes responsables de su síntesis», explica Ian Baldwin, y continúa: «Nuestro enfoque puede describirse como «genética avanzada guiada por la historia natural». La historia natural y la observación del comportamiento alimentario de los cicadélidos ha impulsado nuestro proceso de descubrimiento. Porque cuando se trata de química, la naturaleza sigue siendo la madre de la invención».

En estudios posteriores, los investigadores quieren averiguar cómo se coordina la síntesis de esta defensa química en la planta y qué otros factores y reguladores específicos son cruciales para su producción, especialmente en condiciones naturales. Los cicadélidos del género Empoasca, especialmente el cicadélido de la papa Empoasca fabae, pueden causar daños importantes en los cultivos al chupar las hojas de las plantas jóvenes y transmitir enfermedades virales. Las temperaturas más altas han llevado a una propagación amenazante de estos insectos. Esta investigación básica para controlar una plaga de este tipo puede proporcionar información valiosa con respecto a la mejora permanente de la resistencia .en los cultivos, especialmente en el contexto de las nuevas demandas en la agricultura provocadas por el cambio climático.



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