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Ciencia

Plantas versus patógenos

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Jorge A. Tzec-Interian, Randy Ortiz-Castro *

Xalapa, Veracruz, México, 12 de febrero de 2021, México Ambienta/Inecol.- Las plantas son organismos sésiles que se encuentran en constante interacción con una gran variedad de factores abióticos (clima, sequía, salinidad, viento, nutrientes) y factores bióticos (microorganismos bacterias y hongos, nematodos, insectos) que modulan el crecimiento y desarrollo de las plantas. Sin embargo, muchas de estas interacciones bióticas pueden ser benéficas tales como bacterias y hongos que favorecen el crecimiento vegetal facilitando la disponibilidad de nutrientes a la planta actuando como “biofertilizantes”, sin embargo, otras interacciones bióticas son perjudiciales para las plantas afectando en crecimiento y productividad de los cultivos. (Figura 1).

Estos microorganismos patógenos o “fitopatógenos” representan un gran problema en los cultivos de importancia agrícola ya que representan un aumento en los costos de producción y productividad. Un mismo fitopatógeno puede afectar a diferentes tipos de plantas, atacando a las plantas de manera local, afectando sólo una parte de la planta; o general, que la afecta por completo. Una de las armas que utilizan los fitopatógenos para atacar a las plantas es que producen moléculas o compuestos que actúan como “factores de virulencia”, afectando el crecimiento de las plantas como el crecimiento de la raíz, floración, transporte de agua y muerte celular (Figura 1).

Figura 2. Efecto de Fusarium solani en el crecimiento de Arabidopsis. Randy Ortiz Castro.

Los hongos del género Fusarium es uno de los grupos de hongos filamentosos más importantes como fitopatógenos de varios cultivos de importancia agrícola y hortícola. Especies del género Fusarium producen metabolitos secundarios o “micotoxinas” que se pueden acumular en las plantas contaminando granos y semillas de los cultivos. Algunas de las micotoxinas estudiadas debido a su prevalencia e interés has sido el deoxinivalenol, 3-acetil deoxinivalenol, nivalenol, fusarenon X (Fus-X), fumonisinas, ácido fusárico, entre otras. Por ejemplo, el ácido fusárico (AF) es una micotoxina que fue aislada en 1934 de plantas de arroz producida por el hongo Fusarium fujikuroi, de igual manera se ha descrito que es producida por otros hongos como F. oxysporum, F. solani, F. crookwellense y F. heterosporum. Esta micotoxina actúan como una molécula inicial en el proceso de la patogénesis y se difunde en todo el tejido de la planta, representando una fuente de toxicidad para los humanos y animales (Figura 2 y 3).

Las raíces de las plantas interaccionan con una gran variedad de bacterias en el suelo. Pseudomonas aeruginosa, es una bacteria oportunista patógena de plantas, insectos, humanos y animales, una de sus principales armas es la producción de toxinas como la piocianina que actúa como un factor de virulencia de la bacteria afectando el crecimiento y desarrollo de la planta. Estudios in vitro e in vivo han mostrado que la piocianina producida por P. aeruginosa afecta el crecimiento radicular de la planta, afectando el crecimiento de la raíz primaria, raíces secundarias y biomasa radicular y foliar (Figura 4).

Figura 3. Efecto del ácido fusárico en el crecimiento foliar de Arabidopsis. Foto: Randy Ortiz Castro

Si bien las planta como organismos sésiles, necesitan estrategias de defensa para hacer frente al ataque de los fitopatógenos a través de la activación de sus respuestas de defensa que pueden ser a través de la producción de compuestos antimicrobianos o las propias barreras físicas propias de las plantas, como la cutícula, permitiendo actuar una de las primeras defensas frente al ataque de los fitopatógenos. Estudios previos han mostrado que la planta puede percibir los factores de virulencia y activar las respuestas de defensa orquestadas por los reguladores del crecimiento vegetal o fitohormonas tales como el ácido jasmónico o el ácido salicílico en respuesta al ataque de bacterias u hongos fitopatógenos (Figura 5).

Sin duda el estudio de las interacciones de microorganismos fitopatógenos y plantas representa uno de los campos de gran importancia para entender las respuestas de defensa y plasticidad de las plantas frente al ataque de fitopatógenos que nos permitan desarrollar herramientas y estrategias sustentables en el control de los fitopatógenos y la salud alimentaria en los cultivos de importancia agrícola.

Figura 4. Efecto P. aeruginosa en el crecimiento de Arabidopsis. (Foto: Randy Ortiz Castro.

Figura 5. Activación de la respuesta de defensa mediada por el ácido jasmónico en respuesta a P. aeruginosa. La tinción azul indica la expresión del gen GUS de la línea reportera JAZ1::uidA de respuesta al ácido jasmónico de Arabidopsis thaliana.

Figura 1. Interacciones benéficas o patógenas de microorganismos con las plantas. Crédito: Jorge A. Tzec Interian

Referencias

Agrios G.N. (1996) Fitopatología. Ed. Limusa, México.

Ortiz-Castro et al. (2009) Plant Signaling and Behavior 4(8):1-12

* Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología, AA. [email protected]