Ayudando a las plantas a combatir los patógenos mejorando sus sistemas inmunológicos

Ayudando a las plantas a combatir los patógenos mejorando sus sistemas inmunológicos

La civilización como se le conoce hoy en día no podría haber evolucionado, ni puede sobrevivir, sin un suministro adecuado de alimentos. - Norman Borlaug

La mayoría de la gente nunca ha oído hablar de Norman Borlaug. Hasta el momento, es el único científico agrícola que ha ganado el Premio Nobel de la Paz. Su trabajo en el desarrollo de cultivos de cereales de alto rendimiento y resistentes a las enfermedades ahorró más de mil millones (sí, millones) personas de inanición.

Aunque pronunció estas palabras hace casi 50 años, su mensaje no podría ser más relevante hoy. Vivimos en un mundo que se espera que supere nueve mil millones de personas por todo 2050, y actualmente, algunos 800 millones de personas no tiene suficiente comida para vivir una vida sana y activa.

Los proyectos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación que necesitamos aumentar la producción de alimentos en al menos 70% para acomodar este aumento en el crecimiento de la población. Esta es una tarea desalentadora, aún más difícil por el hecho de que casi 20% de la cosecha mundial se pierde debido a enfermedades de las plantas. Una de las maneras más eficientes de combatir estas enfermedades es a través del control químico: la aplicación de pesticidas. Sin embargo, los patógenos pueden desarrollar rápidamente resistencia a los pesticidas, que luego pueden requerir un uso cada vez mayor para mantener la producción. También hay preocupaciones ambientales y de salud asociado con la aplicación de productos químicos potencialmente tóxicos a los campos.

La demanda es urgente que los métodos más seguros y más sostenibles de protección de cultivos. Ahí es donde nosotros, los patólogos de plantas, en un paso. Un patólogo de plantas se especializa en la salud de las plantas de la misma manera a un médico especializado en la salud humana, y trabajamos sin descanso para proteger nuestro suministro de alimentos.

Una nueva área de investigación en la guerra contra los patógenos se centra en mejorar el sistema inmune natural de la planta. Si una planta puede combatir una infección por sí misma, podemos reducir la cantidad de pesticidas necesarios. De forma similar a como los niños son vacunados para proteger contra futuras enfermedades, los patólogos de plantas usan la misma metodología para "inmunizar" las plantas contra los patógenos, con el objetivo de fortalecer sus defensas inmunológicas contra los invasores. Este método de cebar el sistema inmune de las plantas podría ser una forma segura y efectiva de salvar parte de la cosecha global que actualmente se pierde a causa de las enfermedades.

plantas bajo estrés1Un especialista en yuca inspecciona un cultivo enfermo en el noreste de Tailandia. CIAT, CC BY-SA


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Comprender el sistema inmune de la planta

Las plantas están naturalmente expuestas a una variedad de microbios patógenos, como bacterias, hongos y virus. A diferencia de los seres humanos, que tienen la capacidad de evadir físicamente las infecciones, las plantas son inmóviles. Por lo tanto, cada célula de la planta debe defenderse contra el ataque. Las plantas tienen un sistema inmune de niveles múltiples que les ayuda a luchar contra estos microorganismos. Funciona de una manera muy similar al sistema inmune humano.

Las plantas detectan patógenos mediante el reconocimiento de "patrones" microbianos. Estas son características únicas del tipo de microbio (piense en flagelos bacterianos) que la planta ha desarrollado para reconocer como "no propio". Podemos equiparar esta capacidad con el reconocimiento de antígenos por el cuerpo humano, que induce una respuesta inmune. Desafortunadamente, los patógenos evolucionan continuamente para evadir el reconocimiento, generalmente protegiendo o disimulando estos patrones. Esta capacidad les permite colonizar las células de una planta antes de que pueda desarrollar una respuesta inmune efectiva.

El cebado de defensa es como la vacunación

Una de nuestras principales metas de investigación es aprovechar estos patrones para preparar el sistema inmune de la planta, Creando una mayor protección contra los microbios patógenos, en lugar de los métodos de control de productos químicos tradicionales.

El principio de "cebado de defensa"Es muy similar a cómo desarrollamos vacunas para tratar enfermedades humanas. Una vacuna funciona actuando como un impostor de patógenos. Trucos al sistema inmune para que crea que está siendo atacado, lo que estimula las respuestas de defensa, como la producción de anticuerpos. Esto crea una memoria de defensa que permite al sistema inmunitario recordar un patógeno en particular si el cuerpo lo encuentra en el futuro. A continuación, puede responder rápida y sólidamente, gracias a su memoria preparada de la vacuna.

Podemos aplicar este mismo principio a una relación planta-patógeno. Por ejemplo, una vez que hemos identificado el patrón de interés de un patógeno, trabajamos para aislarlo y purificarlo. Este paso es como fabricar la vacuna. Luego podemos inocular la planta con el patrón purificado, por ejemplo, inyectándola en el tallo u hojas con una jeringa. El objetivo es estimular la respuesta inmune natural de la planta, dando como resultado una respuesta de defensa más rápida y / o más fuerte la próxima vez que la planta se encuentre con ese patógeno.

Básicamente estamos asegurando que las plantas estén preparadas para la batalla antes de que el enemigo ataque. Plantas imprimadas mostrar una mayor tolerancia a la infección, que a menudo se caracteriza por un menor número de síntomas y la reducción de las poblaciones de patógenos de la planta. Aunque las plantas cebados aún no se han aplicado sobre una base a gran escala en la agricultura comercial, los científicos están llevando a cabo activamente la investigación sobre el uso de cebado de defensa tanto en invernadero como en el campo ajustes para la protección contra bacterias, virus y hongos.

Mi propia investigación se centra principalmente en el uso del cebado de defensa para la protección contra un patógeno bacteriano llamado Xylella fastidiosa eso afecta las industrias multimillonarias del vino, la mesa y las uvas de pasas. Causa la enfermedad de Pierce, que cuesta el estado de California más de US $ 100 millones anuales en gastos de pérdida de cultivos y esfuerzos para tratarlo. Actualmente no hay cura para las enfermedades causadas por este patógeno vegetal, pero nuestro objetivo es utilizar cebado de defensa para vencerlo.

plantas bajo estrés2¡Las plantas se enferman también! Tallo de hongo en el trigo. Yue Jin, Servicio de Investigación Agrícola

Potencial en la agricultura comercial

En contraste con el sistema inmune humano, en el que las respuestas de defensa son específicas de un germen en particular, los efectos del cebado en las plantas son de amplio espectro, protegiendo a la planta contra una amplia gama de enfermedades y plagas de insectos.

Otro beneficio importante del cebado de defensa es que hay poca o ninguna reducción en la aptitud de la planta: las plantas aún crecen y se reproducen normalmente. Esta es una ventaja fundamental en la agricultura comercial, donde el éxito depende de los altos rendimientos.

Además, el estado preparado es duradero y puede mantenerse mucho después del estímulo inicial. La investigación actual también ha demostrado que las plantas pueden transmitir esta memoria de defensa a su progenie, proporcionando protección multigeneracional sin ninguna modificación genética.

Se necesita más investigación para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos moleculares detrás de este fenómeno, pero el cebado de defensa parece ser una herramienta valiosa y prometedora en el futuro de la agricultura sostenible.

Sobre el AutorLa conversación

rapicavoli jeannetteJeannette Rapicavoli es Candidato a Doctor en Patología Vegetal de la Universidad de California, Riverside. Mi investigación se centra en las bases moleculares de las interacciones huésped-patógeno de bacterias patógenas de plantas que residen en el xilema, o tejido conductor de agua del sistema vascular de la planta. En concreto, yo trabajo con un patógeno bacteriano que causa enfermedades graves en la vid y cítricos, entre otros huéspedes vegetales de importancia económica. Actualmente, mi investigación ha puesto de relieve el papel de polisacáridos bacterianos de la superficie celular como elicitores del sistema inmune innato de la planta.

Este artículo se publicó originalmente el La conversación. Leer el articulo original.

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