Revelan vínculo molecular entre señales de competencia y respuestas de defensa en plantas

De manera frecuente, las plantas están obligadas a dar respuestas a distintas fuentes de estrés, como defenderse de insectos herbívoros y patógenos o crecer para evitar el sombreado de plantas vecinas. Estos son ejemplos de la plasticidad fenotípica adaptativa de las plantas. No obstante, es sabido que al alargarse para escapar de la sombra, las plantas suelen quedar en situación más vulnerable frente al ataque de diferentes tipos de organismos. Lo que se conoce menos son las conexiones funcionales entre las respuestas de escape al sombreado y las de defensa.

Desde hace algún tiempo, gracias a diversas investigaciones, se sabe también que una hormona vegetal conocida como ácido jasmónico regula tanto las respuestas de crecimiento como las de defensa ante el ataque de organismos que pretenden consumirla. Así, los jasmonatos tiene un rol dual: promueven la expresión de defensas frente a patógenos e insectos y al mismo inhiben el crecimiento. Sin embargo, cuando mediante una proteína fotorreceptora denominada fitocromo B -a partir de variaciones en la calidad de la luz-una planta percibe la presencia cercana de competidoras, deprime la señalización asociada al acido jasmónico.

“Este mecanismo le permite a la planta crecer más rápido y escapar de la sombra, pero a la vez se torna más vulnerable ante distintas amenazas. Ahora, bien, lo que hasta ahora no sabíamos es cuál era el vínculo molecular de estas dos cosas. Es decir, de qué forma el fitocromo B puede controlar la vía de señalización de los jasmonatos, que a su vez regula las respuestas de crecimiento y promueve la expresión de genes que codifican para la síntesis de compuestos tóxicos que le permiten defenderse”, afirma el investigador del CONICET Carlos Ballaré, coordinador de un trabajo publicado hoy en la prestigiosa revista Nature Plants que revela una conexión molecular entre la vía de señalización lumínica dependiente del fitocromo B y la vía de señalización hormonal de los jasmonatos.

A través de una serie de experimentos con modelos de Arabidopsis, herbívoros, patógenos vegetales y distintas calidades de luz, los investigadores pudieron determinar que el gen que codifica para la enzima ST2a se expresa con mayor intensidad cuando el fitocromo B detecta la presencia de competencia. Esta enzima, una sulfotransferasa, reduce la cantidad de jasmonatos bioactivos. En este sentido, ST2a funciona como un enlace molecular entre una proteína fotorreceptora que percibe cambios en la calidad de la luz y una vía de señalización hormonal que controla el sistema inmune en plantas.

Dado que las respuestas de defensa promovidas por el acido jasmónico son útiles para combatir ataques de herbívoros y hongos, para los experimentos usaron orugas (larvas de Spodoptera littoralis) y un patógeno necrotrófico (Botrytis cinerea).

“El fitocromo B es un sensor de competencia que al percibir la proximidad de otras plantas impulsa el aumento de la producción de ST2a, lo que inactiva los jasmonatos. Esto permite que las plantas puedan crecer más rápido, pero a la vez las deja en una situación de mayor indefensión frente a amenazas de herbívoros y patógenos”, explica Guadalupe Fernández-Milmanda, primera autora del trabajo, quien desde el primero de abril de este año contará con una beca del CONICET para finalizar su doctorado bajo la dirección de Ballaré.

De acuerdo con los investigadores, a la hora de tomar decisiones, las plantas intolerantes a la sombra -que incluyen a Arabidopsis, pero también casi todos los cultivos extensivos-, frentes a las señales lumínicas de competencia, eligen crecer por sobre la posibilidad de defenderse frente al ataque de otros organismos.

Las potenciales aplicaciones agronómicas de este nuevo descubrimiento no son menores. Los cultivos son plantas que crecen en una gran competencia que las obliga a escapar al sombreado y, por la tanto, a disminuir sus defensas. Esta situación implica muchas pérdidas para los productores agrícolas.

“Aunque esto es una investigación de ciencia básica, con este trabajo a escala de laboratorio con un planta modelo como Arabidopsis buscamos dar una primera respuesta a esta problemática. Es la base para entender cómo se regula el sistema inmunológico de la plantas en situaciones de alta densidad y pensar herramientas tecnológicas que luego se podrían aplicar a cultivos de mayor interés agronómico”, señala Fernández-Milmanda.

La necesidad de producir cada vez mayor cantidad de alimentos para una población mundial creciente promueve, por un lado, la incorporación de nuevas zonas de cultivo -lo que implica el desmonte de sectores silvestres- y, por otro, la búsqueda de maximizar el rendimiento por unidad de área. Esto última conduce a poner más plantas por metro cuadrado, lo que lleva a que los cultivos de alta densidad sean más susceptibles a plagas y patógenos.

“El hecho de entender mejor el mecanismo nos provee de herramientas para diseñar nuevas estrategias biotecnológicas o de mejoramiento tradicional para tratar de desacoplar las respuestas de defensa y de competencia, de forma de permitir que cuando las plantas crezcan para escapar de la sombra no necesariamente queden más indefensas”, concluye Ballaré.