Inductores de defensa sintéticos

Sautua Francisco & Carmona Marcelo

.

Los inductores o elicitores sintéticos de defensa son moléculas pequeñas, similares a aquellas que inducen respuestas de defensa de las plantas, pero son distintas de los elicitores naturales de la inmunidad conocidos. Mientras que el descubrimiento de algunos elicitores sintéticos ya se había informado en la década de 1970, los avances recientes en la síntesis química ahora permiten generar moléculas o compuestos bioactivos de alto rendimiento y de bajo costo que inducen la defensa de las plantas (Buswell et al., 2018). Junto con poderosas herramientas de genética inversa y recursos disponibles para plantas modelo y sistemas de cultivo, colecciones completas de nuevos elicitores sintéticos probablemente permitirán estudiar las complejidades de las vías y redes de señalización de defensa de plantas de una manera sin precedentes. Como los elicitores sintéticos pueden proteger los cultivos de enfermedades, sin la necesidad de ser químicamente tóxicos para los organismos patógenos, también pueden servir como alternativas prometedoras a los pesticidas biocidas convencionales, que a menudo son dañinos para el medio ambiente, los agricultores y los consumidores (Bektas & Eulgem, 2015).

Una gama de pequeñas moléculas de señalización, incluyendo especies de oxígeno reactivo (ROS), ácido salicílico (SA), ácido jasmónico (JA) y etileno (ET), desempeñan papeles críticos en la coordinación de estas defensas inducibles (Pieterse et al., 2009Pieterse et al., 2012). Además de la inmunidad innata, las plantas también pueden adquirir inmunidad ante la percepción de estímulos bióticos y abióticos específicos, un proceso mediado en gran medida por la activación (priming en inglés) de defensas inducibles (Conrath et al., 2006; Conrath et al., 2015). El priming (gatillamiento, activación, desencadenamiento, inducción, etc.) inmunológico permite una inducción más rápida y fuerte de defensas inducibles después del subsecuente ataque del patógeno. Un ejemplo clásico es la resistencia sistémica adquirida (SAR), mediante la cual el ataque de un patógeno localizado ceba las defensas dependientes de SA en los tejidos distales (Jung et al., 2009).

Las interacciones con microbiotas de suelo beneficiosas, como las rizobacterias promotoras del crecimiento y los hongos como las micorrizas arbusculares, también pueden provocar la activación sistémica de las defensas dependientes de JA y ET (Verhagen et al., 2004; Van der Ent et al., 2009), que comúnmente se conoce como resistencia sistémica inducida (ISR; del inglés: induced systemic resistance) (VanWees et al., 2008) o resistencia inducida por micorrizas (MIR; del inglés: mycorrhiza-induced resistance) (Cameron et al., 2013). Debido a que la sensibilización aumenta la resistencia basal multigénica, la protección contra la enfermedad resultante puede ser más sostenible que la resistencia específica de raza, que se basa en genes de resistencia individuales (Ahmad et al., 2010; Ahmad et al., 2011). Por lo tanto, a pesar del hecho de que la sensibilización rara vez proporciona protección completa contra las enfermedades (Walters et al., 2007; Walters et al. 2013), la aplicación de agentes inductores de las defensas son cada vez más considerados para su integración a otras tácticas de manejo integrado de plagas y enfermedades (Beckers y Conrath, 2007; Conrath et al., 2015).

.

Costo de la inducción de defensas y la Resistencia Sistémica Adquirida

La síntesis de compuestos de resistencia es costosa en términos de asignación de recursos, que podría resultar perjudicial cuando recursos invertidos (como el nitrógeno) se inviertan en expresión de resistencia, dejándolos inaccesibles para otros procesos relevantes tales como fotosíntesis, crecimiento y, finalmente, reproducción (es decir, rendimiento)(Heil, 2014).

En los últimos años se han publicado varias revisiones sobre los costos de la resistencia inducida (Heil & Baldwin, 2002; Koricheva et al., 2004; Walters & Heil, 2007; Cipollini & Heil, 2010; Walters et al., 2011).

.


.

Bibliografía

Ahmad S, Gordon-Weeks R, Pickett J, Ton J (2010) Natural variation in priming of basal resistance: from evolutionary origin to agricultural exploitation. Molecular Plant Pathology 11: 817–827. doi: 10.1111/j.1364-3703.2010.00645.x

Ahmad S, Van Hulten M, Martin J, Pieterse CMJ, Van Wees SCM, Ton J (2011) Genetic dissection of basal defence responsiveness in accessions of Arabidopsis thaliana. Plant, Cell & Environment 34: 1191–1206. doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02317.x

Beckers GJ, Conrath U (2007) Priming for stress resistance: from the lab to the field. Current Opinion Plant Biology 10: 425–431. doi: 10.1016/j.pbi.2007.06.002

Bektas Y, Eulgem T (2015) Synthetic plant defense elicitors. Frontiers in Plant Science 5: 804. doi: 10.3389/fpls.2014.00804

Buswell W, Schwarzenbacher RE, Luna E, Sellwood M, Chen B, Flors V, Pétriacq P, Ton J (2018) Chemical priming of immunity without costs to plant growth. New Phytologist 218: 1205-1216. doi: 10.1111/nph.15062

Cameron DD, Neal AL, van Wees SCM, Ton J (2013) Mycorrhiza-induced resistance: more than the sum of its parts? Trends in Plant Science 18: 539–545. doi: 10.1016/j.tplants.2013.06.004

Cipollini D, Heil M (2010) Costs and benefts of induced resistance to herbivores and pathogens in plants. CAB Reviews: Perspectives in Agriculture, Veterinary Science, Nutrition and Natural Resources 10, No. 005. doi: 10.1079/PAVSNNR20105005 

Conrath U, Beckers GJM, Flors V, García-Agustín P, Jakab G, Mauch F, Newman M-A, Pieterse CMJ, Poinssot B, Pozo MJ et al., (2006) Priming: getting ready for battle. Molecular Plant–Microbe Interactions 19: 1062–1071. doi: 10.1094/MPMI-19-1062

Conrath U, Beckers GJM, Langenbach CJG, Jaskiewicz MR (2015) Priming for enhanced defense. Annual Review of Phytopathology 53: 97–119. doi: 10.1146/annurev-phyto-080614-120132Conrath U, Beckers GJM, Langenbach CJG, Jaskiewicz MR (2015) Priming for enhanced defense. Annual Review of Phytopathology 53: 97–119. doi: 10.1146/annurev-phyto-080614-120132

Heil M, Baldwin IT (2002) Fitness costs of induced resistance: emerging experimental support for a slippery concept. Trends in Plant Science 7: 61–67. doi: 10.1016/S1360-1385(01)02186-0

Heil M (2014) Trade‐offs Associated with Induced Resistance. In Induced Resistance for Plant Defense (eds D. R. Walters, A. C. Newton and G. D. Lyon). doi: 10.1002/9781118371848.ch9

Jung HW, Tschaplinski TJ, Wang L, Glazebrook J, Greenberg JT (2009) Priming in systemic plant immunity. Science 324: 89–91. doi: 10.1126/science.1170025

Koricheva J, Nykänen H, Gianoli E (2004) Meta-analysis of trade-offs among plant antiherbivore defenses: are plants jacks-of-all-trades, masters of all? American Naturalist 163: E64–E75. Link

Pieterse CMJ, Leon-Reyes A, Van der Ent S, Van Wees SCM (2009) Networking by small-molecule hormones in plant immunity. Nature Chemical Biology 5: 308–316. doi: 10.1038/nchembio.164

Pieterse CMJ, Van der Does D, Zamioudis C, Leon-Reyes A, Van Wees SCM (2012) Hormonal modulation of plant immunity. Annual Review of Cell and Developmental Biology 28: 489–521. doi: 10.1146/annurev-cellbio-092910-154055

Van der Ent S, Van Hulten M, Pozo MJ, Czechowski T, Udvardi MK, Pieterse CM, Ton J (2009) Priming of plant innate immunity by rhizobacteria and baminobutyric acid: differences and similarities in regulation. New Phytologist 183: 419–431. doi: 10.1111/j.1469-8137.2009.02851.x

Van Wees SCM, Van der Ent S, Pieterse CMJ (2008) Plant immune responses triggered by beneficial microbes. Current Opinion in Plant Biology 11: 443–448. doi: 10.1016/j.pbi.2008.05.005

Verhagen BWM, Glazebrook J, Zhu T, Chang HS, van Loon LC, Pieterse CMJ (2004) The transcriptome of rhizobacteria-induced systemic resistance in Arabidopsis. Molecular Plant–Microbe Interactions 17: 895–908. doi: 10.1094/MPMI.2004.17.8.895

Walters D, Heil M (2007) Costs and trade-offs associated with induced resistance. Physiological and Molecular Plant Pathology 71: 3–17. doi: 10.1016/j.pmpp.2007.09.008

Walters DR, Havis ND, Sablou C, Walsh DJ (2011) Possible trade-off associated with the use of a combination of resistance elicitors. Physiological and Molecular Plant Pathology 75: 188–192. doi: 10.1016/j.pmpp.2011.02.001

Walters DR, Ratsep J, Havis ND (2013) Controlling crop diseases using induced resistance: challenges for the future. Journal of Experimental Botany 64: 1263–1280. doi: 10.1093/jxb/ert026

¿Cómo citar esta información para publicaciones?
Herbario Virtual. Cátedra de Fitopatología. Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires. https://herbariofitopatologia.agro.uba.ar