Las plantas se encuentran expuestas constantemente a la mayoría de las plagas. Pero estas no llegan a causarle casi ningún daño debido a su amplia resistencia. Esta habilidad, conocida como “resistencia de la planta huésped”, hace que la planta retarde o suprima la invasión de sus tejidos por parte del patógeno potencial. Hasta ahora era un mecanismo poco conocido. Sin embargo, un grupo de científicos se tomó la tarea de investigarlo e identificarlo con el objetivo de controlar futuras plagas. Así como proporcionar información valiosa sobre la resistencia en los cultivos, especialmente en un contexto de cambio climático.
Para llevar a cabo el estudio, los investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química trabajaron con plantas Tabaco de Coyote, conocidas como plantas de tabaco (Nicotiana attenuata). Buscando proteger esta especie de los saltamontes (chicharra o mosquito verde) que chupan la savia de las plantas, combinaron diferentes métodos de detección genética con el estudio de los cambios químicos en las plantas de tabaco. Lograron identificar una sustancia de defensa previamente desconocida pero importante para la resistencia del tabaco a esta familia de insectos (cicadélidos). También caracterizaron los genes para su biosíntesis.
“Nuestra investigación descubrió cómo las plantas nativas usan la reprogramación química para defenderse de los saltamontes oportunistas en la naturaleza”, dijo Yuechen Bai. El doctor es uno de los autores del estudio publicado en la Revista Science. Y titulado: «Las ómicas guiadas por la historia natural revelan la química defensiva de las plantas contra las plagas de chicharritas».
Ácido jasmónico en plantas de tabaco
Anteriormente, el mismo equipo de investigadores ya había realizado varios estudios de campo con esta familia de insectos. Así descubrieron que las plantas de tabaco dañadas en su cascada de señalización de defensa basada en la hormona vegetal ácido jasmónico eran atacadas por las chicharras. Generalmente, con sus defensas completamente funcionales estos insectos no pueden dañarlas.
En 2004, uno de sus trabajos 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.
En otro estudio del mismo instituto, otro grupo de investigadores demostró que las chicharras ya habían acabado con las mismas plantas de tabaco en poblaciones naturales cuya vía de señalización del ácido jasmónico era más débil que en otras plantas de tabaco. Pero en ese momento, aún se desconocía qué mecanismos de defensa específicos activados por el ácido jasmónico eran responsables de la resistencia a los saltahojas, dijeron los investigadores.
Las plantas de tabaco se defienden de las chicharras
Ya con esta base, el equipo liderado por Bai cruzó 26 líneas parentales naturales genéticamente diferentes durante un total de nueve años. El ensayo se llevó a cabo en su hábitat natural, en una plantación en Arizona, Estados Unidos. Allí, era muy fácil que las plantas de tabaco fueran atacadas por chicharras.
Cuando estos insectos atacaron las plantas de tabaco, los investigadores pudieron identificar la base genética que convirtió a esta planta en una planta huésped para los cicadélidos. Luego del ataque, el equipo pudo investigar sobre los cambios químicos que provocaron y qué genes se activaron.
A partir de allí, identificaron una nueva sustancia desconocida hasta el momento e inestable, pero importante para el estudio. La nombraron con la abreviatura CPH. Los investigadores también usaron plantas modificadas específicamente en ciertos genes de defensa y transducción de señales. Demostraron qué tres vías metabólicas estaban involucradas en la producción de este químico.
La naturaleza es la madre de la invención
Gracias a los ensayos, el equipo pudo 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. También demostraron su eficacia contra los cicadélidos. «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», explicó Ian Baldwin, autor del estudio.
Los investigadores describen su enfoque como «genética avanzada guiada por la historia natural». Aseguran que la historia natural y la observación del comportamiento alimentario de los cicadélidos impulsó su proceso de descubrimiento. «Cuando se trata de química, la naturaleza sigue siendo la madre de la invención”, señaló Baldwin.
Ahora, el equipo pretende averiguar en futuros estudios cómo se coordina la síntesis de esta defensa química en la planta. O qué otros factores y reguladores específicos son cruciales para su producción. Especialmente en condiciones naturales.
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