Cómo reaccionan las plantas a las amenazas de los insectos
Las plantas y los insectos fitofagos llevan viviendo juntos en la tierra desde hace más de 400 millones de años (1). Ambos organismos han desarrollado estrategias para evitar los sistemas de defensa para evitar la defensa del otro y sobrevivir.
En todos los organismos vegetales, el aminoácido fenilalanina ayuda al crecimiento y a la defensa de la planta. Esto significa que la planta lo utiliza para ambos procesos de una forma competitiva (2).
En muchos casos, la domesticación de especies de cultivo ha llevado a la falta o disminución de los rasgos de las plantas relacionados con la defensa contra los “enemigos” (3). La razón de esto puede estar en que los fitogenetistas se han concentrado más en los rasgos comerciales como el aumento de la productividad. Al mismo tiempo, el uso de insecticidas ha contrarrestado esta pérdida y ha ayudado a controlar las plagas de los cultivos. La vulnerabilidad de los cultivos modernos junto con la mayor gravedad de los daños que causan los insectos y la necesidad de reducir la dependencia del control químico, ha hecho que los fitogenetistas vuelvan a concentrar su atención en los parientes silvestres de los cultivos y en los rasgos relacionados con los mecanismos de defensa de las plantas contra las plagas.
La defensa de las plantas contra los insectos - ¿Cómo se defiende la planta de los insectos?
Las plantas siguen dos estrategias principales para defenderse contra los insectos enemigos:
- La resistencia se produce cuando los rasgos estructurales o químicos de la planta impiden que los insectos se alimenten de ella y disminuyen la digestibilidad-palatabilidad de los tejidos vegetales (debido a la producción de compuestos tóxicos como alcaloides, terpenoides o glucosinolatos). De este modo, se minimiza el daño que los herbívoros causan a la planta.
- La tolerancia se produce cuando los rasgos de la planta permiten que los insectos se alimenten de ella. Aún así, la planta controla o restringe el nivel de daño causado por los herbívoros (por cada insecto presente) y cuenta con mecanismos de recuperación fuertes.
Ambas estrategias incluyen dos niveles de defensa:
- La defensa constitutiva o preformada incluye todos los rasgos de la planta y las barreras físicas y químicas que la protegen constantemente. Entre ellos se incluyen los tejidos vegetales (la pectina, la celulosa y la lignina), las cutículas cerosas, los tricomas, etc. La mayoría de estos mecanismos de protección son eficaces para una gran variedad de enemigos de las plagas y se incluyen en el amplio espectro de defensa.
- La defensa inducida incluye todos los rasgos de la planta y se activa sólo cuando la planta reconoce la amenaza de plagas de insectos mediante un sistema de vigilancia. Este tipo de defensa puede salvar los recursos de la planta hasta que sean críticamente necesarios. Algunos ejemplos de defensa inducida en plantas incluyen el refuerzo de la pared celular (sintetizar callosidades+lignina), la producción de nuevos metabolitos tóxicos y la muerte celular local - respuesta/resistencia hipersensible (RH).
Por último, otra clasificación sobre los tipos de defensa de las plantas es directa e indirecta.
- En la defensa directa, las plantas usan sus propias herramientas para defenderse de las plagas.
- La defensa indirecta es aquella en la que las plantas tienen la habilidad de atraer a los enemigos de los insectos herbívoros. Los enemigos naturales entonces reducen la población de la plaga y la planta ya no correrá peligro.
Mecanismos de defensa de las plantas contra las plagas de insectos
- Rasgos estructurales: las plantas poseen características como tricomas y cutículas cerosas que plantean problemas en la fijación, alimentación y oviposición de las plagas (3). Por ejemplo, se redujo de forma significativa la plaga Tetranychus urticae, en genotipos de frambueso con densidades altas de tricomas en las hojas.Además, las plantas desarrollan algunos tejidos esclerófilos en sus órganos, lo que dificulta que las plagas las consuman y digieran (debido a la gran concentración de lignina).
De este modo, la planta disuade a la plaga de que se la coma
Imagen 1: Densidades de tricomas diferentes en cultivares en la especie Rubus idaeus. Cuanto más denso es el tricoma, más difícil le resulta a la araña roja asentarse en él.
- Rasgos químicos: La defensa química de las plantas es un campo de investigación muy interesante y rico. Las plantas tienen compuestos que varían según la especie, y pueden ser tóxicos o causar problemas relacionados con el comportamiento o la fecundidad de las plagas. Los grupos más conocidos de estas moléculas son los alcaloides, los glucosinolatos y los terpenoides. Una molécula muy conocida es el gosipol, que se encuentra en el algodón y protege a la planta.
- Cambios del sistema de expresión vegetal: las plantas dañadas por las plagas producen proteínas sistémicas, como lectinas y quitinasas, en respuesta a las heridas (2). La función de estas proteínas es inhibir determinadas enzimas de los organismos herbívoros para que el proceso de digestión sea doloroso.
Además, como ya se ha mencionado, las plantas tienen la capacidad de emitir moléculas que pueden atraer a los enemigos naturales y, al mismo tiempo, actuar como señales para las plantas vecinas con el fin de activar su defensa inducida.
Imagen 3: Ejemplo de defensa inducida. La planta atrae a un enemigo natural de la oruga (avispa) liberando sustancias químicas en el aire. Estas sustancias químicas informan a la avispa de la presencia de la oruga y ésta sigue la fuente de su emisión y ataca al enemigo del cultivo. (Gestión de plagas y enfermedades en la agricultura)
Mecanismos de tolerancia de las plantas contra las plagas de insectos:
1) Estimulación de la fotosíntesis y el crecimiento: Algunas plagas aumentan la tasa fotosintética y alteran la fisiología del nitrógeno dentro de las plantas. Gracias a estos mecanismos, las plantas pueden contrarrestar el impacto negativo de la fitófagia produciendo nuevas hojas y tallos. De este modo, siguen siendo productivas.
2) Ciclo fenológico: Algunas plantas han evolucionado para posponer su crecimiento y la producción de flores o frutos hasta que haya pasado la amenaza de ataque (3). Por ejemplo, las plantas de maíz parecen dejar de mandar recursos a las raíces para evitar que la plaga de la peste Diabrotica virgifera se alimente de ella.
Conclusión
Las plantas se pueden defender a sí mismas de los ataques de los insectos. Estos mecanismos son importantes para la producción agrícola. Los fitogenetistas se deben concentrar en identificar rasgos vegetales adecuados para proteger los cultivos contra determinadas plagas y en cómo las condiciones ambientales afectan a su sistema de expresión vegetal (3). Es necesario investigar más sobre cómo algunos insectos logran superar los mecanismos defensivos de las plantas.
Referencias
- War, A. R., Paulraj, M. G., Ahmad, T., Buhroo, A. A., Hussain, B., Ignacimuthu, S., & Sharma, H. S. (2012). Mechanisms of plant defense against insect herbivores. PMC, 7(10), 1306–1320.
- Plant Defenses. (n.d.). https://learn.genetics.utah.edu/content/herbivores/defenses
- Mitchell, C. M., Brennan, R. M., Graham, J., & Karley, A. J. (2016). Plant Defense against Herbivorous Pests: Exploiting Resistance and Tolerance Traits for Sustainable Crop Protection. Frontiers in Plant Science, 7.
- Karabourniotis, G., Liakopoulos, G., Nikolopoulos, D., & Agricultural University of Athens. (2012). Plant Stress Physiology: Plant Functions under Adverse Environmental Conditions (Vol. 1). Embryo.