Las plantas huelen el peligro

Post realizado por Miguel Ozáez

¿Sabías que las plantas desprenden una gran variedad de compuestos gaseosos continuamente al ambiente? Comúnmente, nos referimos a ellos como aromas. No son como los del famoso campo de amapolas que hicieron dormir a Dorothy y sus amigos en el Mago de Oz, pero pueden tener alguna función que podría llegar a sorprendernos. Estos aromas, también conocidos como compuestos orgánicos volátiles, a veces llamados VOCs (por sus siglas en inglés), son desprendidos por las flores, los frutos, e incluso, por las hojas de las plantas. Su función más inmediata es la capacidad de atraer insectos polinizadores con el fin de favorecer la propagación del polen. Además, los seres humanos hemos sacado partido de estos aromas, por ejemplo, en la creación de perfumes, ambientadores, etc. con el fin de aromatizar nuestras vidas. Pero, ¿qué pensarías si supieses que estos aromas son empleados por las plantas como armas defensivas? Figura 1

Se ha visto que cuando una planta es atacada por un patógeno, el perfil de aromas que la planta emite cambia drásticamente. ¿Cuál es el fin por el cual las plantas emiten unos compuestos volátiles u otros? Para dilucidar esta interesante incógnita, se han abordado dos líneas de experimentación distintas.

En el abordaje genético, se han empleado plantas transgénicas que emiten menos volátiles, de forma que al ser infectadas por una bacteria, estas plantas son más sensibles a la infección que las que sí pueden emitir estos compuestos. Por otro lado, en el abordaje farmacológico, las plantas que no estaban modificadas genéticamente, fueron tratadas con los compuestos volátiles y posteriormente infectadas con la bacteria, viéndose que las plantas que no fueron tratadas eran más sensibles que las que sí lo fueron. Estos resultados se han confirmado con varios experimentos distintos, y en varias líneas transgénicas que tenían la misma modificación.

En definitiva, se llegó a la conclusión de que el aroma cambiante de las plantas era el precursor que promovía la defensa de las mismas. Pero, ¿cuál era el posible mecanismo por el cual las plantas podían defenderse de los patógenos gracias a los volátiles? La respuesta se hallaba en los estomas. Los estomas son pequeñas aberturas en forma de poro que se encuentran en la epidermis de las hojas. Su función es abrirse y cerrarse permitiendo comunicar el ambiente gaseoso del interior de la planta con el del exterior.

Los estomas son una de las vías de entrada de los patógenos al interior de la planta, de forma que el grado de apertura o cierre de los mismos determina una mayor o menor susceptibilidad a la infección por parte de la planta. Estudiando este mecanismo en las plantas transgénicas del experimento, se ha comprobado que las plantas que emiten menos volátiles tienen significativamente los estomas más abiertos que las plantas que sí pueden emitirlos. Por lo tanto, cuando una planta detecta los volátiles en el ambiente, consecuencia directa de la infección, cierra automáticamente sus estomas para minimizar la entrada del patógeno (Fig.2).

Figura 2
Figura 2: Estomas cerrados de plantas silvestres (izquierda) y estomas abiertos de plantas transgénicas

Pero la cosa no queda ahí, si no que se ha visto que los volátiles que emiten las plantas se utilizan como moléculas mensajeras entre ellas, es decir, las plantas que están siendo atacadas por un patógeno, avisan a las plantas vecinas para prevenirlas de un posible ataque (Fig. 3). Es una comunicación muy sutil, imperceptible para nosotros, pero muy útil para asegurar su supervivencia. Dado que las plantas son organismos que no pueden moverse, se han visto obligadas a desarrollar mecanismos de defensa que les permitan defenderse del entorno hostil que las rodea.

Figura 3
Figura 3: Emisión de compuestos volátiles por un planta infectada, que alerta a las plantas del entorno del ataque de un patógeno

En conclusión, estos descubrimientos tienen una gran importancia en el estudio de las interacciones planta-patógeno, y además, un gran potencial biotecnológico. En el futuro, se podrían diseñar plantas transgénicas de interés comercial que fueran resistentes a determinados patógenos otorgando a las plantas la capacidad de emitir más compuestos volátiles al ambiente en respuesta a un ataque. Y al mismo tiempo, gracias a la comunicación entre plantas, servirían de ayuda para alertar de peligro a otros cultivos del entorno y protegerlos ante una amenaza de infección.

20 Comentarios

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MartaMarta

hola Miguel, me ha parecido super interesante, explicado de una forma sencilla, directa y fácil de entender. Quería preguntarte, cuando dices “las plantas que están siendo atacadas por un patógeno, avisan a las plantas vecinas para prevenirlas de un posible ataque” ¿ se defienden de todos los patógenos igual o por el contrario existen diferentes mecanismos de defensa?
Se nota que hay mucha investigación detrás y esperemos que las expectativas de futuro que has contado sean posibles!! Mucho ánimo!!

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Gracias por tu comentario Marta. Respondiendo a tu pregunta, en este caso en particular, las plantas infectadas emiten un perfil de compuestos volátiles capaz de activar ciertos mecanismos de defensa en las plantas vecinas, como por ejemplo el cierre estomático. La ventaja fundamental es que las plantas que aún no han sido infectadas quedan advertidas de la amenaza. Por otro lado, el tipo de patógeno que infecta la planta es determinante. En nuestro caso hemos utilizado una especie de bacteria biotrofa llamada Pseudomonas syringae, pero para otros patógenos tales como bacterias necrotrofas, virus, viroides, hongos, etc. los mecanismos de defensa que se activan en las plantas son muy distintos, y dependen de la propia planta, del modo de vida del patógeno y de su posible vía de entrada.

Yeray MartínezYeray Martínez

Hola Miguel,

Enhorabuena por tu post. El tema que has tratado resulta interesante a la par que esclarecedor. Es posible que mucha gente no sepa el por qué de los volátiles emitidos por las plantas y con este artículo queda bien explicado.

También, me gustaría que me contestaras a algunas preguntas que me han surgido al leer el post:
Si los volátiles cambian en el momento que la planta se infecta, ¿eso quiere decir que ya no atrae a insectos para la polinización? ¿No se podría utilizar este mecanismo de comunicación entre plantas para informarse de otros datos como la calidad del suelo, por ejemplo, alterándolas genéticamente?

Gracias de antemano.

Yeray Martínez

Miguel OzáezMiguel Ozáez

¡Muchas gracias Yeray! En lo referente a tus preguntas, se sabe la emisión de este tipo de compuestos por parte de las plantas es muy variada. Tanto los compuestos para atraer insectos como para defenderse de un patógeno, en este caso, son volátiles, pero la diferencia está a nivel molecular. Las moléculas son distintas químicamente y las rutas de síntesis también lo son. Por lo tanto, no hay motivos para pensar que una planta infectada que se esté defendiendo deje de emitir compuestos volátiles de atracción de insectos. Quizás sí ocurra así, pero no lo hemos estudiado en nuestro grupo de investigación. Lo que sí sabemos es que cuando una planta ve amenazada su supervivencia destina sus recursos energéticos a defenderse del patógeno. Por lo tanto, podría ser que la planta no dedicase, dada su situación, tantos recursos a la emisión de volátiles de atracción de insectos durante una infección, por lo menos en este caso. Se sabe de plantas cuyos mecanismos defensivos ante un insecto herbívoro, por ejemplo, consisten en emitir ciertos volátiles que atraigan otros depredadores de esos insectos que atacan a la planta, pero no es el caso, ya que nosotros trabajamos con una bacteria. Sobre tu otra pregunta, la respuesta a priori es que no, ya que estos compuestos de los que se hablan en este trabajo se emiten debido a estímulos provocados por organismos patógenos, y no por un posible estrés proveniente del suelo o de la calidad del mismo.

MiguelMiguel

Tengo una duda acerca de su artículo, si me la pudiera contestar. ¿Cómo perciben las plantas de alrededor la advertencia de ese peligro patógeno que emita una planta vecina? ¿Cuál es el órgano o mecanismo de recepción de esa señal?. Gracias por contestar y muy interesante el artículo.

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Gracias Miguel. Los compuestos volátiles son los responsables de que una planta infectada pueda “alertar” a las plantas del entorno de la presencia de un patógeno. Estos compuestos son moléculas que tienen unas propiedades físicas tales que les permiten atravesar membranas celulares y ser liberadas a la atmósfera. De esta forma algunos de ellos actúan como señales que activan mecanismos defensivos, tanto en la planta que los produce como en sus vecinas, incluso atrayendo enemigos de la fuente de estrés en algunos casos. El órgano de entrada de los compuestos volátiles son las hojas. Entran por los estomas y acceden al espacio intercelular del mesófilo. Una vez allí se produce un intercambio entre la fase gaseosa del exterior y la fase líquida del interior celular de forma que los compuestos volátiles son capaces de introducirse en las células y desarrollar su función señalizadora en el citosol.

DanielDaniel

Muy interesante su artículo. Ha comentado usted que las líneas futuras se encaminan a crear nuevas plantas transgénicas con la consiguiente emisión de compuestos volátiles que ayuden al mantenimiento de cultivos, etc. Pero tengo una duda, estas emisiones, ¿no resultarían tóxicas para el medio ambiente? ¿Es el dióxido de carbono el principal compuesto que emiten estas plantas, y por tanto, contribuirían a la formación de ozono con la toxicidad que ello conlleva? No se si al tratarse de plantas las emisiones son mínimas y el beneficio supera al riesgo que supondría la emisión de estos compuestos. Muchas gracias, me ha gustado mucho su artículo.

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Muchas gracias Daniel. La respuesta a tu pregunta es no. En este caso hay que saber que la tecnología empleada en estas plantas transgénicas sería únicamente la de sobreexpresar un gen relacionado con la síntesis de un determinado compuesto volátil. Es decir, las plantas de por sí emiten estos compuestos para defenderse. Sobreexpresar uno o varios genes aumentando su expresión sólo conduciría a que la planta emitiese más cantidad de estos compuestos solo cuando es infectada. Nada indica que estos compuestos sean dañinos para el medio ambiente, del mismo modo que el aroma de un perfume tampoco lo es. Por otro lado, la producción de dióxido de carbono a la atmósfera tampoco se ve afectada con el uso de esta tecnología porque no está directamente relacionada. No es una cuestión de que las emisiones sean mínimas sino que la gran variedad de aromas que las plantas emiten y han emitido desde los anales de la historia, como es el caso, son inocuos para el medio ambiente y muy específicos de cada planta y cada patógeno. A pesar de ello, una vez obtenida la tecnología convendría hacer un estudio de campo para considerar el posible impacto a nivel de interferencia con las plantas del entorno, a pesar de que si lo hubiese realmente, sólo las haría más resistentes al patógeno.

CheloChelo

Estupendo, interesante e ilustrador artículo, la verdad nunca lo hubiera imaginado. Para los que no tenemos “ni idea”, me ha resultado de muy fácil comprensión.
Por cierto acertadísimo el título !!
Saludos

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Gracias Chelo. Me alegro que te haya gustado y, sobretodo, que te haya resultado sencillo de entender. ¡Un saludo!

JuanJuan

Magnífico artículo por la sencillez y claridad en la explicación del papel que juegan los VOC. Me has hecho desempolvar mis viejos apuntes de Fisiología Ambiental de las Plantas de quinto de biología, allá por 2008. Y es que las plantas son la H….ostia (uff Perdón). La inteligencia no humana que presentan otros organismos como las plantas, cada día me fascina más. Me pregunto si el diseñador inteligente que nos creó lo hizo a posta, o se equivocó. o somos nosotros los equivocados y van a ser que las plantas la obra maestra de nuestro creador. yo desde luego apunto por ello. ¡¡¡Vivan las plantas!!! que también sufren.

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Gracias por tu comentario Juan. Sin duda las plantas son más complejas de lo que parecen. Nos queda mucho por aprender de ellas y muchos usos que darles en infinitos campos.. Nunca mejor dicho. ¡Un saludo!

JorgeJorge

Hey buenas!!
Muy bueno el post, pero lo que más me ha calado es lo del tema de la “comunicación” aromática que se establece entre las plantas en caso del ataque por un patógeno. Pero tengo una dudilla sobre dicho fenómeno: ¿Son dichos volátiles capaces de iniciar una respuesta defensiva en plantas de otras especies? o lo que sería lo mismo ¿Cada especie tiene unos compuestos volátiles específicos para ella misma, o tienen alguno en común? Ya que estaría muy bien que por ejemplo en una huerta se te “inmunizaran” todas las plantas al haber sido infectada sólo una de ellas. Gracias de antemano

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Gracias Jorge! Lo cierto es que aún queda mucho por saber en lo referente al Interplant Communication. Tal y como se representa en la Figura 3 la idea es esa que comentas, ya que, si bien hay mucha especificidad en ese aspecto, hay ciertos compuestos volátiles de defensa que son compartidos por especies del reino vegetal y generan respuestas análogas. A pesar de ello, lo que expones en tu pregunta debe ser objeto de estudio para ver caso por caso que se podría hacer con cada especie vegetal.

AntonioAntonio

Hola, interesante post.
Quería preguntarte varias preguntas: En cuanto a la comunicación entre plantas, ¿las moléculas volátiles que desprende la planta infectada solo tiene carácter informativo o desencadena una respuesta conjunta cerrando estomas en las plantas para reducir la entrada del patógeno? lo que es lo mismo, ¿las plantas que reciben esa información también generan moléculas de alerta?

Sobre tu investigación me interesa con qué especie has tratado y cómo has logrado las fotografías de los estomas.
Muy buena investigación.

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Hola Antonio. Las moléculas volátiles cierran estomas en plantas del entorno, pero no son capaces de generar compuestos volátiles por sí mismas. A pesar de que aún queda mucho por ver en ese aspecto en mi trabajo, parece ser que la respuesta de emisión de volátiles sólo se induce por una infección directa. Por otro lado, la especie en la que hemos realizado nuestros experimentos es en una variedad particular de tomate (Solanum lycopersicum). Las fotos de los estomas se realizaron realizando moldes depositando pegamento líquido en el envés de las hojas. Una vez seco, se retira de las hojas y se realizan preparaciones para ver en el microscopio óptico en campo claro.

Sergio

Hola Miguel Ozaez, interesante y bien explicado artículo, y comprendido perfectamente para un lego en las ciencias como yo…, y eso me lleva un tanto a las letras.
El tema me recuerda en cierto modo al film El incidente 2008 (M. N. Shyamalan) del cual no haré más comentario a fin de evitar un “spoiler” inmerecido.
Es agradable leer un artículo de ciencias y comprenderlo. Desde aquí te animo a seguir con tus opúsculos e investigaciones.

Saludos

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Hola Sergio. Gracias por tu comentario. Lo cierto es que aún no he visto esa película, pero ya la tengo en mi lista de “pendientes” jeje Un saludo.

Manel Ferrer VallsManel Ferrer Valls

Para los neófitos del tema como yo, me ha parecido muy interesante. Como amante de la naturaleza he aprendido algo nuevo de una manera fácil y amena.
Adelante Miguel con tus investigaciones, nos harás más cultos.

Miguel OzáezMiguel Ozáez

Muchas gracias Manel. Me alegra ver que se comprende bien el trabajo que hemos hecho. ¡Un saludo!

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