¿Buscar el sol o defenderse de ataques? Explorando el dilema de las plantas

Un estudio internacional liderado por investigadores argentinos identificó un mecanismo por el cual la luz ambiental influye en el sistema inmune de las plantas y sentó bases para el desarrollo de cultivos de mayor rendimiento y resistencia a enfermedades. El trabajo fue publicado en la prestigiosa revista científica “Nature Plants”.

“Nuestro hallazgo puede derivar en el diseño de cultivos que requieran menos controles fitosanitarios”, afirmó el director del estudio, Carlos Ballaré, investigador superior del CONICET y profesor titular en la UBA y en la UNSAM (Argentina).

Sobre la base de trabajos realizados por el grupo de Ballaré y otros laboratorios, se sabe desde hace tiempo que, cuando las plantas son cultivadas a altas densidades, como ocurren en cultivos comerciales, tienden a destinar más recursos a alargarse para exponerse al sol que a defenderse de eventuales agresiones causadas por patógenos e insectos.

“Esta estrategia de priorización tiene sentido adaptativo: permite a las plantas crecer rápido y evitar ser sombreadas por sus vecinas. Pero, al mismo tiempo, las vuelve más vulnerables al ataque de patógenos e insectos. Nuestro hallazgo puede servir para crear cultivos que puedan armonizar su crecimiento con un buen sistema inmune”, explicó el biólogo vegetal, quien dirige el Laboratorio de Fotobiología Ambiental en el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agronomía (IFEVA), que depende de la UBA y del CONICET.

Las plantas pueden detectar a través de un sensor llamado fitocromo B la luz que reflejan las plantas vecinas. De esta manera, empiezan a alargar los tallos para competir por la luz, que es fuente de energía a través de la fotosíntesis.

Plantas empleadas en los bioensayos para estudiar cómo la luz afecta la respuesta de su sistema inmune frente a insectos. (Foto: Agencia CyTA-Fundación Leloir)

Como resultado de más de tres años de investigación, Ballaré y colegas descubrieron que cuando las plantas crecen en competencia, el aumento del rojo lejano (una zona del espectro electromagnético invisible al ojo humano) promueve la actividad del gen ST2a, lo que favorece la inactivación de un grupo de hormonas conocidas como “jasmonatos”.

Esto trae aparejados dos efectos: maximiza la capacidad de crecimiento, pero deprime el sistema inmune que la planta emplea para defenderse de hongos e insectos patógenos, como isocas y orugas.

El equipo de científicos realizó este hallazgo en Arabidopsis thaliana, una planta que comparte mecanismos biológicos con los cultivos de mayor importancia agrícola, como la soja, la colza, el girasol y la papa.

En condiciones de alta competencia, la decisión de inactivar los jasmonatos tiene sentido adaptativo para la planta: el riesgo de perder la carrera por la luz generalmente supera al de ser consumida por patógenos o herbívoros.

“Sin embargo, en un cultivo, donde lo que buscamos es maximizar el rendimiento de la población y no el de la planta individual, esa asignación de prioridades podría ser muy perjudicial y aumentar la necesidad de controles fitosanitarios”, explicó Ballaré.

Debido al rol protagónico que juega el gen ST2a en conectar la vía de señalización lumínica (que las plantas usan para “leer” el riesgo de competencia) con una vía central que “enciende” el mecanismo de defensa, Ballaré y sus colegas creen que podría tratarse de un blanco específico para explorar intervenciones que mejoren la sanidad de los cultivos.

En el estudio tuvo un rol protagónico Guadalupe Fernández-Milmanda, quien desarrolla su tesis doctoral en el marco de este proyecto, y también participaron investigadores del IFEVA, del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania; de la Universidad de Missouri-Columbia, en Estados Unidos; de la Universidad de Lausana, en Suiza; y de la Universidad de Agricultura del Sur de China: Carlos Crocco, Carlos Mazza,  Miriam Cargnel,  Amy Austin, Micaela Lichy, Jonathan Gershenzon, Michael Reichelt, Tobias Köllner, Anne-Sophie Fiorucci, Christian Fankhauser, Abraham Koo y Tong Zhang. (Fuente: Agencia CyTA-Fundación Leloir)