Post escrito por Pablo López Aparicio, alumno del Máster de biotecnología molecular y celular de plantas.

La comunicación química que permite a una planta resistir a una de las plagas más dañinas de la agricultura

Cuando un herbívoro ataca a un animal, este puede huir, esconderse o defenderse físicamente. Una planta no dispone de ninguna de esas opciones: permanece anclada al suelo mientras la plaga se alimenta de ella. Y, sin embargo, las plantas están lejos de ser víctimas pasivas. A lo largo de la evolución han desarrollado un sofisticado sistema de defensa basado en señales químicas, capaz de detectar al agresor y activar una respuesta en cuestión de minutos. Entender cómo funciona ese sistema ha sido el objetivo de mi Trabajo de Fin de Grado.

¿En qué consiste la investigación?

Mi trabajo se ha centrado en cómo se defiende una planta frente a la araña roja (Tetranychus urticae), un ácaro diminuto que perfora las células de las hojas para alimentarse y que figura entre las plagas más problemáticas de la agricultura mundial. En concreto, he estudiado el papel de dos hormonas vegetales: el ácido jasmónico y el ácido abscísico. Conviene precisar que el término «hormona» no tiene aquí ninguna relación con las hormonas animales: se trata de moléculas señalizadoras con las que la planta coordina sus respuestas. El ácido jasmónico es la principal señal de alarma frente a los herbívoros, mientras que el abscísico regula sobre todo la respuesta a la sequía y a otros estreses. La pregunta de fondo era hasta qué punto ambas rutas cooperan cuando la planta se enfrenta a la plaga.

Dos hembras de araña roja alimentándose sobre una hoja. Cada una mide menos de medio milímetro.

¿Qué técnicas he utilizado?

El modelo de estudio no fue un cultivo agrícola, sino Arabidopsis thaliana, una pequeña planta que desempeña en biología vegetal un papel comparable al del ratón en biomedicina: ciclo de vida corto, genoma completamente secuenciado y una amplia colección de líneas mutantes disponibles. Esos mutantes son la herramienta clave, ya que en cada uno se ha inactivado una pieza concreta de la ruta hormonal; al comparar su comportamiento con el de una planta normal, puede deducirse la función de esa pieza.

El primer paso fue de carácter genético: extraer el ADN de las plantas, amplificarlo mediante PCR y secuenciarlo para confirmar qué mutación portaba cada línea. Una vez seleccionadas las plantas adecuadas, realicé el bioensayo: infestar cada planta con quince hembras de araña roja y, transcurridos cinco días, escanear las hojas y cuantificar el área dañada con un programa de análisis de imagen basado en aprendizaje automático. De este modo obtuve una medida objetiva y comparable del daño en cada genotipo.

Así se mide el daño: la foto de la planta (a) se procesa con un programa de inteligencia artificial que separa la hoja sana (b, c) de las zonas mordidas (d).

¿Qué resultados he obtenido?

Los resultados fueron nítidos. Las plantas con la ruta del ácido jasmónico completamente inactivada sufrieron más de cinco veces el daño de una planta normal: privadas de esa señal de alarma, apenas logran montar defensa alguna. Cuando la ruta solo estaba parcialmente afectada, el daño aumentaba de forma más moderada. Existe, por tanto, una relación directa entre el grado de deterioro de la señal y la vulnerabilidad de la planta.

El dato más relevante apareció al inactivar de manera simultánea las dos rutas hormonales: esas plantas resultaron más susceptibles que las que solo tenían afectada una. Es un indicio de que el ácido jasmónico y el ácido abscísico no operan de forma aislada, sino que se coordinan para reforzar la defensa. No todos los genotipos se comportaron según lo previsto —algunos ofrecieron resultados anómalos que deberán confirmarse con nuevos ensayos—, un recordatorio de que las rutas de señalización vegetal son complejas y de que un único experimento rara vez cierra una pregunta.

Daño en las hojas según cuánto se ha estropeado el sistema de defensa de la planta, comparado con una planta normal

¿Qué utilidad tiene?

El interés de esta línea de trabajo trasciende lo académico. Las plagas ocasionan pérdidas considerables en las cosechas, y la respuesta habitual ha sido el empleo de plaguicidas, con los inconvenientes conocidos: impacto ambiental, efectos sobre organismos beneficiosos y aparición de resistencias. Conocer en detalle los mecanismos de defensa naturales de las plantas abre una alternativa complementaria: desarrollar variedades capaces de defenderse mejor por sí mismas, ya sea mediante mejora genética clásica o biotecnología. En un contexto de demanda creciente de alimentos y de un clima que favorece a numerosas plagas, comprender el lenguaje químico de las plantas constituye un paso necesario hacia una agricultura más sostenible.

Las plantas llevan millones de años perfeccionando estas defensas. Descifrar cómo funcionan no solo satisface la curiosidad científica: puede ayudarnos a producir alimentos de forma más eficiente y respetuosa con el entorno.