Protección sostenible de los cultivos con resistencia inducida en las plantas.

Dr. Adrien Gallou

Departamento de Biociencias y Agrotecnología del CIQA

A lo largo de la historia, las plagas y enfermedades de las plantas han tenido una profunda influencia en la historia de la humanidad, causando episodios de inseguridad alimentaria. Desde la "revolución verde" de la segunda mitad del siglo XX, nuestra cadena de suministro de alimentos de alta intensidad se ha vuelto cada vez más dependiente de los monocultivos, que dependen críticamente del uso excesivo de pesticidas para protegerse contra plagas y enfermedades. Sin embargo, esta dependencia ya no se considera sostenible, ya que además de la preocupación por los efectos no deseados en el medio ambiente (Tang et al., 2021), el desarrollo de plagas resistentes y la preocupación por el impacto de los residuos químicos en los productos alimenticios en la salud humana, la producción y aplicación de pesticidas también generan una importante huella de carbono (Wyckhuys et al., 2022). Estas preocupaciones han comenzado a influir cada vez más en las políticas agrícolas a nivel mundial.

Sin embargo, la eliminación gradual de los plaguicidas sin llegar a sustituirlos por alternativas fiables puede exponer la cadena de suministro alimentario a riesgos que afectan gravemente a la seguridad alimentaria regional y aumentan la volatilidad de la economía alimentaria mundial (Rinscheid et al., 2022). Por lo tanto, existe una necesidad urgente de identificar y aplicar alternativas fiables a los plaguicidas. Una de las prácticas de protección de cultivos emergentes consiste en aprovechar las estrategias que emplean de forma natural las plantas para resistir a las plagas y enfermedades. La inmunidad de una planta puede reforzarse mediante la estimulación con determinados patógenos, plagas, microbios beneficiosos, agentes químicos, lesiones físicas o herbivoría (De Kesel et al., 2021). Este fenómeno, conocido como la resistencia inducida (RI), a menudo proporciona una protección de amplio espectro contra una variedad de plagas y enfermedades. La RI permite a las plantas responder más rápidamente a los factores de estrés biótico (Mauch–Mani et al., 2017) y puede combinarse con otras estrategias de protección de los cultivos (Walters et al., 2013). La RI es crucial para minimizar la dependencia de los plaguicidas; además, junto con las estrategias de defensa internas (inmunológicas) y externas (ecológicas) de las plantas, existen amplias y nuevas oportunidades para ampliar el conjunto de herramientas actual con el fin de garantizar la sostenibilidad de la gestión futura de la salud vegetal. A su vez, esto contribuye a lograr la seguridad alimentaria mundial y a garantizar un suministro sostenible de alimentos para una población en crecimiento.

En el departamento de Biociencias y Agrotecnología del CIQA, se está buscando a reforzar la inmunidad de una planta mediante microbios beneficiosos que son los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) y las bacterias promotoras del crecimiento vegetal. Por ejemplo, los HMA forman, con más del 80% de las plantas con flores, una de las asociaciones mutualistas más comunes en la naturaleza que es la simbiosis micorrícica arbuscular (Smith y Read, 2008). La simbiosis implica importantes cambios en la fisiología de la planta anfitriona permitiendo la RI frente a las enfermedades, llamada la resistencia inducida por micorrizas (RIM) (Pozo y Azcón-Aguilar, 2007). Estudios del departamento, por ejemplo, frente a enfermedades de varios tipos como hongos (Botrytis cinerea y Sclerotinia sclerotiorum), virus (virus rugoso del tomate (ToBRFV)) o insectos vectores (Bactericera cockerelli) han mostrado la capacidad de los HMA a inducir una RIM en plantas de tomates (Figura 1A).

Figura 1. A- Resistencia inducida por micorrizas (RIM) en plantas de tomates contra

Botrytis cinerea. B-Sistema in vivo desarrollado en departamento de Biociencias y

Agrotecnología del CIQA para el estudio de red de micorrícica común (RMC).

Además de la capacidad de los HMA a inducir la RI, el departamento de Biociencias y Agrotecnología busca a aprovechar la comunicación entre plantas durante la RIM permitida por la red de micorrícica común (RMC) (Figura 1B). De hecho, los HMA no son especificos para un huésped, lo que implica que una sola especie de HMA es capaz de colonizar una amplia gama de especies vegetales. Una vez que el hongo coloniza la planta huésped, su micelio es capaz de crecer a grandes distancias en el suelo y puede alcanzar y colonizar las raíces de múltiples plantas vecinas, de la misma o diferente especie (Van Der Heijden y Horton, 2009). Por lo tanto, las plantas que comparten los mismos hongos hospedadores están interconectadas por la llamada RMC (Wipf et al., 2019). Por tanto, es probable que una conectividad se produzca entre plantas capaces de asociarse con las mismas especies de hongos. Se cree que las especies vegetales pueden interactuar y comunicarse a través de está RMC (He et al., 2019). Entre los efectos reportados de dicha conectividad se encuentran la inducción de respuestas de defensa de la planta y la comunicación de las plantas a través de una variedad de fitohormonas (Song et al., 2014).

En resumen, una serie de eventos clave ha acompañado el desarrollo de la agricultura, desde sus inicios hace 12.000 años con la selección y el mejoramiento continúo, pasando por la mejora del rendimiento mediante fertilizantes y riego durante la “revolución verde”, la generación de cultivos con nuevas características mediante la transgénesis y la aparición del manejo integrado de plagas y el mejoramiento de cultivos basado en la tecnología de proteínas asociadas a CRISPR (por sus siglas en inglés: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), hasta la utilización de la RI para patógenos y plagas. La RI ofrece una oportunidad excepcional para apoyar nuestro sistema agrícola en un entorno expuesto a desafíos en rápida expansión, no solo aquellos relacionados con el cambio climático que favorecen la rápida propagación de plagas y la aparición de nuevas enfermedades, sino también en respuesta a la rápida evolución del entorno socioeconómico. Además, la estimulación de las defensas vegetales puede conducir a la producción de alimentos seguros y de alta calidad, un problema social importante con una gran demanda tanto por parte de consumidores como de productores, y, al mismo tiempo, reducir los posibles efectos negativos de las prácticas agrícolas actuales sobre el medio ambiente.

Referencias

• De Kesel, J., Conrath, U., Flors, V., Luna, E., Mageroy, M.H., Mauch-Mani, B., Pastor, V., Pozo, M.J., Pieterse, C.M.J., Ton, J., Kyndt, T. (2021). The induced resistance lexicon: do’s and dont’s. Trends in Plant Science, 26, 685-691.
• He, Y., Cornelissen, J.H.C., Wang, P., Dong, M., Ou, J. (2019). Nitrogen transfer from one plant to another depends on plant biomass production between conspecific and heterospecific species via a common arbuscular mycorrhizal network. Environmental Science and Pollution Research, 26, 8828-8837.
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• Pozo, M.J., Azcón-Aguilar, C. (2007). Unraveling mycorrhiza-induced resistance. Current Opinion in Plant Biology, 10, 393-398.
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• Wyckhuys, K.A.G., Furlong, M.J., Zhang, W., Gc, Y.D. (2022). Carbon benefits of enlisting nature for crop protection. Nature Food, 3, 299-301.