Inductores abióticos de resistencia contra fitopatógenos

Diana E. Gómez1, Erlei M. Reis2

1Laboratorio Regional de Patología Vegetal, EEA INTA Sáenz Peña, Ruta 95 km 1108, Pres. Roque Sáenz Peña, Prov. de Chaco, Argentina.

2 Laboratorio de Fitopatologia, Facultad de Agronomia y Medicina Veterinaria, Universidad de Passo Fundo, Campus I - CP. 611. Passo Fundo, Rio Grande do Sul. Brasil.

 

E mail: dianag@chaco.inta.gov.ar

 

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Resumen

Las plantas poseen genes que codifican para producir numerosas “armas químicas”, extremamente eficientes, que constituyen mecanismos de defensa cuya activación las protege del ataque de microorganismos patógenos. Estos mecanismos involucran la participación de un gran número de pequeñas moléculas exógenas, denominadas inductores, capaces de activar los mecanismos de defensa. En esta actualización se presentarán los agentes inductores de aplicación exógena y de interés comercial, se explicarán los mecanismos por los cuales activan las defensas de las plantas y proveen protección contra el ataque de patógenos, y se discutirá su utilización práctica y potencial de uso en programas de manejo integrado en la Argentina.

Palabras clave: inductor, mecanismos de defensa, control enfermedades, resistencia inducida.

 

Abiotic inductor resistance

 

Abstract

The plants have genes that code to produce numerous "chemical weapons", extremely efficient, which are defense mechanisms whose activation protects them from attack by pathogens. These mechanisms involve the participation of a large number of small exogenous molecules, called coils, capable of activating the mechanisms of defense. In this update we present the exogenous application inducing agents and commercial interests, will explain the mechanisms by which activated plant defenses and provide protection against pathogen attack, and discuss their practical use and potential use in management integrated programs in Argentina.

Keywords: inductor, defense mechanisms, disease control, induced resistance.

 

Introducción

Los primeros trabajos sobre respuestas inductoras a las enfermedades en las plantas fueron desarrollados por Ray y Beauverie a comienzos del siglo XX, los cuales demostraban que existía la posibilidad de que las plantas puedan protegerse del ataque de microorganismos patógenos mediante la activación de sus mecanismos de defensa (5, 33).

El primer experimento fue conducido por Kuć y sus colegas en 1959, para describir el fenómeno de la resistencia inducida contra la sarna del manzano (33). Desde entonces, diversos estudios han demostrado que las plantas tienen la capacidad natural de defenderse de los agentes fitopatógenos a través de un fenómeno biológico conocido como resistencia, considerando a la susceptibilidad como una excepción a lo que naturalmente ocurre (2). Por tanto, los vegetales poseen en su constitución genética, genes que codifican para producir numerosas “armas químicas”, extremadamente eficientes, que impiden o disminuyen el daño causado por los microorganismos (16).

Estos conocimientos sobre los mecanismos de defensa de los vegetales fueron adquiriendo mayor importancia por la incorporación de nuevos conceptos de manejo de cultivos, en búsqueda de una agricultura más sustentable, tornándose indispensable investigar métodos opcionales de control de fitopatógenos, que sean al mismo tiempo eficientes y menos agresivos a la salud humana y a la agroecología.

 

Resistencia inducida (RI)

 

La RI surgió como una importante alternativa de control de patógenos (6), la cual considera que las “armas” con las cuales las plantas se defienden, involucran a un gran número de pequeñas moléculas exógenas denominadas inductores o agentes inductores (8) que, cuando son reconocidas por moléculas endógenas, tienen la función de activar o aumentar el nivel de resistencia de los vegetales, tanto a nivel local como en puntos distantes al sitio de infección, así como de participar de otras actividades fisiológicas (30).

El término “resistencia inducida” fue propuesto en el Primer Simposio Internacional de Resistencia Inducida a Enfermedades de Plantas (First international Symposium on Induced Resistance to Plant Diseases) realizado en Corfú, Grecia, en el año 2000, para designar a todos los tipos de respuestas que incitan a las plantas a protegerse de las enfermedades y de plagas de insectos, incluyendo tanto respuestas locales como sistémicas (5, 8). Esta expresión  involucra a los fenómenos de Resistencia Sistémica Adquirida (RSA) y Resistencia Sistémica Inducida (RSI), comúnmente utilizados, que aunque son distintos, fenotípicamente son semejantes. La similitud de ambos se basa en que, las plantas, luego de ser expuestas a un agente inductor, activan sus mecanismos de defensa tanto en el sitio de infección como en áreas más distantes (respuestas sistémicas), de manera más o menos generalizada (8). La diferencia entre RSA y RSI radica en la naturaleza del elicitor (molécula presente en el inductor) y las vías de señalización explicadas a continuación.

 

Mecanismos de defensa

 

La infección del tejido vegetal provocada por cualquier microorganismo, tanto patógeno como no patógeno, inicia una serie de complejos procesos en las interacciones fisiológicas, los cuales originan respuestas características a nivel celular, tisular y de órganos vegetales, que se traducen en diferentes mecanismos de defensa. Estos mecanismos pueden ser clasificados en relación a la penetración del patógeno en:

A) Pre-formados (pasivos o constitutivos): Las substancias están presentes en la planta en altas concentraciones en los tejidos sanos antes del contacto con el patógeno. Implican defensas tanto estructurales como bioquímicas, a seguir:

·   Estructurales: Constituyen verdaderas barreras físicas a la penetración y/o colonización del patógeno. Incluyen la formación de cutícula, tricomas, estomas y fibras/vasos conductores.

·   Bioquímicos: Involucran substancias capaces de inhibir el crecimiento del patógeno o generar condiciones adversas para su sobrevivencia en los tejidos del hospedante. Estos son los fenoles, alcaloides glicosídicos, lactosas insaturadas, glicosídos fenólicos y cianogenéticos, inhibidores proteicos, fototoxinas, quitinasas y β-1, 3 glucanasas (24).

B) Post-formados (activos o inducidos): Las substancias se encuentran ausentes o presentes en bajos niveles antes de la infección, siendo activadas en respuesta a la presencia del patógeno (25).

·   Estructurales: papilas, halos, engrosamiento de la pared celular, lignificación, suberinas, glicoproteínas ricas en aminoácidos hidroxiprolina (HRPG) y glicina (GRP), capas de corcho, capas de abscisión (capa de corcho que se forma en la base del peciolo en los árboles caducifolios en otoño) y tilosis (formación de callos).

·   Bioquímicos: fitoalexinas, proteínas relacionadas a la patogénesis, especies activas de oxígeno y fototoxinas (24).

Los mecanismos incluyen además la muerte celular por reacción hipersensible, acumulación de metabolitos secundarios con actividad antimicrobiana, acumulación de enzimas hidrolíticas y la deposición de substancias de refuerzo que evitan el avance del patógeno, entre otros (23).

 

Inductores: clasificación.

 

Estas substancias actúan sobre el vegetal impidiendo o retrasando la entrada del patógeno, y limitando consecuentemente su actividad en el tejido u órgano infectado. No tienen efecto directo o actividad específica sobre los fitopatógenos.

Dependiendo del tipo de agente inductor, existen dos tipos de inducción de resistencia. Una considera que la resistencia puede ser activada por la presencia, sobre el tejido vegetal, de organismos como hongos, virus, bacterias, nematodos e incluso de insectos herbívoros, conocida ésta como inducción biótica. Por otro lado, imitando la presencia de un patógeno o insecto, la resistencia también puede ser generada por la presencia de moléculas sintéticas depositadas sobre los órganos vegetales, denominada inducción abiótica (18).

Las vías de señalización de respuestas provocadas por un agente biótico pueden ser dependiente tanto del ácido salicílico, en asociación con la acumulación de las proteínas relacionadas con la patogénesis (PRP), como del jasmonato (ácido jasmónico) y del etileno, no estando asociado, en este caso, con la acumulación de las PRP, conocida como Resistencia Sistémica Adquirida (RSA). En cambio, la cascada de señales generada por un inductor abiótico sólo sigue la vía del ácido jasmónico y etileno, denominada Resistencia Sistémica Inducida (RSI) (34).

Esta clasificación de resistencia fue cuestionada por varios autores, ya que algunos consideraban a ambas expresiones como sinónimos (5, 25, 33), las cuales fueron definidas en el Primer Simposio Internacional de Resistencia Inducida como “Resistencia Inducida” (8), de acuerdo a lo mencionado anteriormente.

 

Inductores abióticos o químicos: ventajas y desventajas.

 

El interés en las moléculas estimuladoras de los mecanismos naturales de defensa de la planta, de aplicación exógena, surgió por su contribución al control de patógenos y plagas, ya que presentan el potencial de disminuir y/o evitar el riesgo de emergencia de poblaciones de patógenos o plagas resistentes a productos químicos, contrarrestar parcialmente los daños químicos ocasionados a la planta por los pesticidas y finalmente originar aumento del rendimiento de las cosechas (6).

Por esto, los inductores abióticos, también denominados inductores químicos, actualmente constituyen una nueva clase de pesticidas, llamados “fungicidas de cuarta generación” por su efecto completamente diferente de los fungicidas conocidos hasta el momento (25). Esta diferencia se basa principalmente en el mecanismo de acción de los inductores, ya mencionado, basado en conocimientos sobre RI. 

Aunque en su mayoría son compuestos naturales, de origen biológico, los inductores son substancias sintetizadas en laboratorio, que se aplican externamente sobre las plantas, inyectadas o asperjadas, siendo una de las formas más comunes de utilización, la aspersión (25). Su uso fue reportado en numerosas investigaciones, tanto en laboratorio, invernáculo y/o a campo (29).

Entre ellos se encuentran: ácidos grasos, RNA levaduras, glicoproteínas, proteínas, péptidos, glicolípidos, lípidos, lipoproteínas, lipopolisacáridos, oligosacáridos, polisacáridos, entre otros (5).

Su empleo fue mencionado en numerosos cultivos con fines comerciales, como algunas leguminosas y monocotiledóneas, cucurbitas, arroz, algodón, banano, papa, tomate, tabaco, cacao, citrus y varios otros.

 Las ventajas reconocidas en el uso de inductores químicos son numerosas y se exponen a continuación (8, 17, 22):

-Aumento del nivel de resistencia por la activación de los mecanismos latentes sin alteración del genoma de la planta.

-No imponen presión de selección sobre el patógeno, dificultando la quiebra de la resistencia.

-Son efectivos contra virus, bacterias, hongos, nematodos e insectos (amplio espectro).

-Tienen efecto sistémico, persisten y confieren protección de manera natural. 

-Se emplean preventivamente.

 -Tienen efecto  de protección prolongado.

-Son soluciones estables.

-Proveen control eficiente y de bajo costo.

-Menor número de aplicaciones en comparación con los fungicidas tradicionales.

-Son seguros desde el punto de vista ambiental.

-Son biodegradables, no pesticidas.

-Inocuos para personas, animales y las propias plantas.

-Conceden protección tanto en condiciones de campo como en invernáculo.

-Uso en agricultura, floricultura, jardinería y plantas ornamentales.

-Proporcionan aumento en el rendimiento.

Por otro lado, las desventajas mencionadas hasta el presente son las siguientes:

-Proporcionan una resistencia parcial, incompleta.

-En algunos casos, la inducción de la resistencia requiere un costo fisiológico, al activarse en condiciones en la cual su expresión no es necesaria así como en ausencia de patógenos.

 

Moléculas inductoras: mecanismos de acción.

 

Existen numerosas substancias que actúan como agentes inductores, producidas de forma sintética y en escala comercial. Sin embargo, fueron reportadas cuantiosas moléculas químicas no definidas y extractos de de plantas y microbios de las cuales sólo algunas han sido comercializadas (22).

En la siguiente tabla, se enumeran algunos ejemplos de inductores comerciales que ejercen efectos sobre diferentes patógenos.

Tabla 1. Moléculas y/o substancias sintetizadas actualmente.

 

Substancias inductoras comerciales

 

Ejemplos de patógenos controlados:

1.  Fosfatos de potasio, sodio o magnesio.

Blumeria graminis sp. hordei

Sphaeroteca fuliginea Colletotrichum lagenarium

Puccinia sorghi

      Exerohilum turcicum

Leveillula taurica

Bremia lactucae

Peronospora parasitica

2.  Fosfitos de potasio o calcio.

Pseudoperonospora

Phytophthora

Albugo

Peronospora

Fusarium spp.

Rhizoctonia

Colletotrichum

3.  Fosetil aluminio

Phytophthora spp

Botrytis spp

Plasmopara spp

4.  Ácido salicílico

Pantoea

Virus

 Alternaria

Septoria

5.  Acibenzolar s-metílico

Sclerotinia sclerotiorum

Botrytis cinerea

Colletotrichum

Puccinia helianthi

6.  Acido jasmónico

Pyricularia grisea

varios

7.  Etileno

varios

8.  Ácido β-aminobutírico (ABAB)

hongos,

nematodos,

 virus

bacterias

9. Quitosana

Alternaria padwickii

Bipolaris oryzae

Pyricularia grisea

Fusarium verticillioides

Sarocladium oryzae

10. Probenazole

Pyricularia grisea

Xanthomonas oryzae

11. Extracto de REYSA (Reynoutria sachalinensis)

Sphaerotheca fuliginea

Leveillula taurica

12. Anión superóxido y peróxido (ERO)

Meloidogyne incognita  

13. Fragmentos de proteína harpina

Cercospora coffeicola

Monilinia fructicola

Xanthomonas axonopodis pv. citri

14. Bioflavonoides, ácido ascórbico, ácido cítrico, ácido láctico, ácidos grasos y azúcares.

Varios

15. Silicatos de calcio, magnesio, potasio, aluminio o hierro.

Cercospora coffeicola

16. Silicio

Fusarium oxysporum

17. Provitamina K y derivados hidrosolubles

hongos

bacterias

virus

 

Usos en agricultura

 

Como ya fue mencionado anteriormente, su utilización sobre los cultivos es de forma preventiva ya que no tienen efecto directo sobre los patógenos.

Algunos inductores son empleados y comercializados como biofertilizantes (fosfatos de potasio, sodio o magnesio, fosfitos de potasio o calcio, silicio, silicatos de calcio, magnesio, potasio, aluminio o hierro), fitohormonas (etileno, jasmonatos) e inductores propiamente dichos (probenazole, etc.).

Entre varios ejemplos de usos en agricultura, se menciona al fosfito de potasio para el control del mildiu de la vid, por su efecto en la reducción de la incidencia y severidad del hongo Plasmopara vitícola (31). Además, los fosfitos de potasio, calcio o magnesio, reducen la intensidad de la enfermedad “podredumbre del pie” provocada por Phytophthora palmivora en cultivos de mamón, siendo el método de aplicación más adecuado, la pulverización (10).

Por otro lado, se demostró que el acibenzolar s-metílico protege a las plántulas de café, de la infección por el hongo Cercospora coffeicola por un periodo de 60 días, y los fragmentos de proteína harpina hasta 30 días (13). Además, ambos inducen resistencia contra Monilia fructicola (podredumbre parda) en frutos de durazno en post-cosecha (9). Por su parte, el acibenzolar s-metílico, manifestó su efecto resistente contra los hongos Sclerotinia sclerotiorum (podredumbre blanda) y Botrytis cinerea (moho gris), al ser asperjados en plántulas de girasol (11).

Por otra parte, las aspersiones preventivas del extracto de REYSA produjo efectos inductores contra el hongo Levelillula taurica (oidiopsis del tomate) en cultivos de tomate producidos en invernaderos (19).

Dependiendo del inductor y del cultivo, o su estado, la aplicación de los mismos puede realizarse por medio de pulverizaciones sobre el follaje o efectuando tratamientos en las semillas.

El efecto inductor o desencadenante de la resistencia, dependiendo del agente, puede activarse desde el momento de aplicación y prolongarse hasta 30 días o más.

El empleo de los inductores abióticos para la resistencia a enfermedades, está recomendado en el marco de un manejo integrado de enfermedades, que involucran los diferentes métodos: genético, biológico, cultural, químico y legal.

 

Consideraciones finales

 

Si bien, actualmente es considerado de gran interés comercial y científico identificar a los inductores de aplicación exógena (30) es necesario discutir su potencial de uso, su utilización práctica en la agricultura y su la factibilidad de empleo en términos de gasto energético y metabólico de la planta, dependiendo de su genoma (5).

En relación al empleo de los fosfitos, se ha incrementado su interés por su utilización, debido a su capacidad de moverse desde las hojas hacia las raíces, a través del floema, proporcionando control para algunas enfermedades radiculares y potenciando el efecto de ciertos fungicidas, que aumentan su efectividad (1, 21).

Actualmente son varios los fosfitos registrados como fungicidas en el mundo para su control sobre patógenos Oomycetes (26, 28), principalmente para el control de Pythium y Phytophthora. Si bien, el efecto primario de los fosfitos sobre los patógenos no está bien determinado, su acción como fungicida se basa en su influencia en la fosforilación enzimática y en el metabolismo del fósforo en general, afectando la síntesis de diferentes compuestos que contienen fósforo, esenciales para el crecimiento de Phytophthora, como el Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD), Adenosín trifosfato (ATP) y nucleótidos (14). Por esto, es considerado hasta el momento como el mejor promotor de fitoalexinas, tóxicas para los patógenos. Sin embargo, en Argentina, su empleo se encuentra más difundido en la forma de fertilizante, como fosfitos de calcio, sodio, potasio, amonio, cobre, zinc y manganeso, aunque existen productos comerciales registrados como inductores de resistencia propiamente dichos para su uso en cultivos de papa, cítricos, cerezo, durazno, uval, peral, tomate y coliflor. Su efecto inductor en estos cultivos, está dirigido al control de Phytophthora (4), en manzano a Plasmopara y en cucurbitáceas a Peronospora.

En los últimos años, en Argentina se realizaron algunos experimentos en cultivo de soja para el control de enfermedades de las denominadas enfermedades de fin de ciclo (7) y en cultivos de citrus para el control de Alternaria alternata pv. citri (27).

Las investigaciones con fosfitos en Argentina están avanzando muy lentamente en algunos cultivos, siendo más explorado en papa (4, 20). Por tanto, es preciso profundizar estudios de investigación básica, sobre el efecto de los mismos en los diferentes patógenos, y en investigación aplicada, en temas relacionados con la toxicidad, compatibilidad de productos, dosis, momentos de aplicación, etc.

El inductor de resistencia con contenido de fósforo más difundido actualmente es el fosetil aluminio, comercializado como fungicida propiamente dicho y registrado para el control de los hongos Plasmopara, Phytophtora, Bremia, etc..El mismo se caracteriza por su completa acción sistémica, a diferencia de los fungicidas convencionales.

 

Agradecimiento

 

Lic. Marina Buschiazzo por su valiosa contribución.

 

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Revista QuímicaViva
Número 1, año 10, Abril 2011
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