El grado de conocimiento de los mecanismo de defensa de las plantas ha avanzado de manera prodigiosa en los últimos años, siendo una de las áreas de la biología vegetal que más ha progresado en la última década. Entre estos avances se pueden destacar el conocimiento a nivel molecular de cómo se reconocen los patógenos por las plantas y cuales son los ligandos y receptores implicados en este proceso, el desciframiento de la resistencia nohuésped, y la caracterización de algunos de los proceso mas relevantes de reprogramación celular/molecular que ocurren en las células vegetales tras el reconocimiento del patógeno. Todos estos avance han permitido comprobar la existencia de similitudes entre el sistema de defensa de las plantas.
El próximo mes de junio está prevista la inauguración del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP).
Un centro Mixto UPM-INIA que tiene como uno de sus objetivos su interacción con el sector empresarial y productivo agroalimentario.
D. Antonio Molina es Profesor Titular de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) e Investigador del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPMINIA).
Dicho grupo de investigación aborda el estudio de los mecanismos de defensa de las plantas frente a bacterias y hongos fitopatógenos. En concreto, se trata de caracterizar proteínas vegetales con actividad antibiótica que formen parte de las barreras de defensa constitutivas y/o inducibles tras la infección por patógenos, e identificar genes y circuitos reguladores de la resistencia a patógenos.
Estas proteínas antibióticas y genes reguladores de la resistencia pueden ser de utilidad biotecnológica para el desarrollo de plantas tolerantes a enfermedades.
Por otra parte, el trabajo del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPM-INIA), reflejan en gran medida la tendencia de los programas actuales de I+D a conjugar aspectos básicos y aplicados en un contexto de excelencia científica.
Dentro de los denominados métodos de defensa fitosanitaria se encuentran las feromonas, los organismos de control biológico y las trampas. ¿Cómo definiría un sistema de defensa tan novedoso como los productos fortificantes?
Los fortificantes pueden complementar, o en algunos casos representar una alternativa, a los plaguicidas existentes actualmente en el mercado. El desarrollo de los fortificantes se basa en un mejor conocimiento de los mecanismos de defensa naturales y duraderos de las plantas, lo que puede permitir el desarrollo de nuevas estrategias de control de enfermedades y plagas basadas en nuevos conceptos.
¿Cuál es el concepto de producto fortificante?
En principio un fortificante se podría definir como un producto que al aplicarlo sobre la planta mejora el estado fisiológico de la misma, y su capacidad de respuesta frente a diferentes tipos de estrés.
Esta mejora del estado fisiológico puede ser consecuencia de diferentes procesos a nivel molecular, como una optimización de la capacidad de detectar los patógenos que se encuentran en el medio, o una respuesta de defensa más rápida y efectiva frente a los mismos.
La aparición de este sistema de defensa dentro del control de los problemas sanitarios de las plantas cultivadas, ¿puede llegar a cambiar el panorama que conocemos hoy en día?
Como he indicado anteriormente, los fortificantes son una herramienta adicional y complementaria a los métodos de control existentes. Sin embargo, dada la reducción de productos fitosanitarios utilizables en agricultura que ha provocado la normativa europea (Anexo I), es posible que en determinados cultivos y para ciertas enfermedades los fortificantes puedan ser una alternativa más que una herramienta complementaria.
Además, los fortificantes tienen un potencial muy importante tanto en Agricultura ecológica como Integrada.
¿En que se basa la forma de actuar de estos denominados productos fortificantes?
Dentro de la definición de fortificantes se incluyen muchos compuestos con diferentes modos de acción. Sin embargo, el grupo más relevante lo formarán en el futuro los denominados como elicitadores o inductores. La mayoría de estos compuestos son moléculas de la propia planta o de los patógenos que son capaces de ser reconocidas por receptores de las células vegetales. Este reconocimiento desencadena toda una serie de procesos que llevan a la activación de los mecanismos de defensa naturales de las plantas, lo que permite que éstas estén mejor preparadas para una potencial infección y por lo tanto sean mas resistentes a la misma. El avance en el conocimiento de estos procesos a nivel molecular ha sido notable en los últimos años, lo que debe permitir el desarrollo de nuevas estrategias de control de enfermedades.
Antes había que conocer bien la plaga o el patógenos para desarrollar una molécula sintética, ¿Cuál es el método para desarrollar este tipo de productos?
Las estrategias son variadas, pero una de las mas utilizadas actualmente se basa en investigar los mecanismos de reconocimiento de patógenos por las plantas, y en concreto moléculas (ligandos) de los patógenos reconocidos por las plantas a través de receptores específicos.
También se trabaja en la identificación de señales de la planta sintetizadas tras el reconocimiento del patógeno.
Los métodos de identificación utilizados se basan en la realización de cribados masivos de moléculas que activen mecanismos de defensa, utilizando para ello métodos de análisis de alta sensibilidad.
El progreso de la tecnología y el conocimiento nos permiten afrontar el desarrollo de estos productos con ciertas garantías de éxito. Por ello han surgido varias iniciativas empresariales, como Plant Response Biotech (un spin off de la Universidad Politécnica de Madrid) que pretende desarrollar y explotar esta nueva tecnología.
¿En qué momento nos encontramos en el conocimiento de las bases moleculares que controlan las respuestas de defensa de las plantas?
El grado de conocimiento de los mecanismos de defensa de las plantas ha avanzado de manera prodigiosa en los últimos años, siendo una de las áreas de la biología vegetal que más ha progresado en la última década. Entre estos avances se pueden destacar el conocimiento a nivel molecular de cómo se reconocen los patógenos por las plantas y cuales son los ligandos y receptores implicados en este proceso, el desciframiento de la resistencia no-huésped, y la caracterización de algunos de los proceso mas relevantes de reprogramación celular/molecular que ocurren en las células vegetales tras el reconocimiento del patógeno. Todos estos avances han permitido comprobar la existencia de similitudes entre el sistema de defensa de las plantas y el de inmunidad innata (no mediado por anticuerpo) de los animales, lo que ha llevado a definir el concepto de "inmunidad vegetal".
¿Por qué algunas plagas o patógenos atacan a unas plantas y a otras no?
Esta es una pregunta que hasta hace unos cinco años no tenía respuesta, o era incompleta. Por ejemplo, se pensaba que si un patógeno de cebada no infectaba una crucífera era porque en la superficie de ésta última el patógeno no encontraba las condiciones adecuadas de germinación, es decir, que la incapacidad de infectar se debía a un problema del patógeno. Sin embargo, ahora se sabe que existe un control genético de la planta de esta resistencia, denominada no-húesped, de manera que si se inactivan algunos genes vegetales un patógeno de cebada puede ahora crecer en un crucífera. Éste es uno de los avances más significativos por las potenciales aplicaciones derivadas del mismo.
¿Cómo responden las plantas a estos ataques?
Las plantas tienen la capacidad de reconocer todos los microorganismos a las que están expuestas, incluso aquellos que no las infectan. Tras el reconocimiento se activan rutas de defensa, muchas de ellas por caracterizar, que interaccionan entre si de forma positiva o negativa, lo que determina una reprogramación celular y la activación de la respuesta de defensa. Parte de esta reprogramación celular lleva a la activación de genes de defensa que codifican compuestos antibióticos o enzimas implicadas en su síntesis. La acumulación de estos "antibióticos verdes" provoca la inhibición de los microorganismos y bloquea su capacidad de colonizar una planta.
¿Cuáles son los factores positivos de utilizas este tipo de compuestos en el control de patógenos?
Los fortificantes tienen varias ventajas entre las que se pueden destacar que su modo de acción se basa en mecanismos de defensa duraderos conservados a lo largo de la evolución, y su origen natural. Esta propiedad implica una ventaja derivada de su uso ya que permite una reducción de los residuos finales en los productos agrícolas en comparación con los plaguicidas de síntesis química. Esto ofrece una serie de ventajas competitivas a los fortificantes como por ejemplo poderlos utilizar en periodos cercanos a la recolección o cosecha.
En la Jornada de agronutrición avanzada que se celebró en Valencia a finales de enero, presentó un nuevo centro de investigación, ¿cuál es la situación en la que se encuentra y qué competencias tiene?
El centro se denomina de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP).
Es un centro Mixto UPM-INIA en el que trabajarán unos 200 persona en unos 25 grupos de investigación . Está localizado en el Parque Científico-Tecnológico de la UPM en Montegancedo (Pozuelo de Alarcón, Madrid). Su apertura está prevista para junio de este año, y tiene como uno de sus objetivos su interacción con el sector empresarial y productivo agroalimentario.
¿Qué trabajos de investigación está desarrollando o piensa desarrollar?.
Las líneas de investigación van en el camino del desarrollo vegetal, resistencia a estrés abiótico y a patógenos, como:
- Dormancia invernal y aclimatación al frío en plantas leñosas.
- Biotecnología de semillas.
- Genes de defensa en plantas.
- Regulación del desarrollo floral.
- Transición de fases en el desarrollo vegetal.
- Regulación del desarrollo de raíces laterales.
- Genómica funcional de la vid.
- Tolerancia a estrés y rendimiento metabólico en árboles.
- Homeóstasis iónica y tolerancia a salinidad en plantas.
- Inmunidad vegetal y resistencia a hongos necrótrofos.
- Especies reactivas de oxígeno y respuestas defensivas.
- Interacción planta-virus.
- Biotecnología de virus de plantas.
- Bacterias fitopatógenas.
- Interacción de bacterias simbióticas.
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