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Laboratorio de Ecología de Plantas: Resistencia inducida e indirecta de plantas

Las plantas constantemente se enfrentan al ataque de patógenos y herbívoros. No siendo capaces  de alejarse de sus enemigos, ellas han desarollado una gran plasticidad fenotípica y cambian su fenotipo de acuerdo con sus necesidades actuales [1].  En nuestro grupo (foto del grupo) estamos particularmente interesados en estratégias defensivas de las plantas. Investigamos defensas directas, las cuales funcionan generalmente por toxinas, y defensas indirectas mediante mutualismos entre plantas y carnívoros [2]. Específicamente unos mutualismos planta-hormiga pueden ser muy sofisticados, permiten a la planta defenderse contra prácticamente todos tipos de enemigos, e incluyen varias adaptaciones específicas, las cuales mantienen el mutualismo estable y eficiente [3-5]. Las plantas también utilizan señales volátiles emitidas por plantas ya infestadas o infectadas. Respondiendo adecuadamente a olores de vecinos con problemas, esto beneficia la sobrevivencia de plantas en su medioambiente natural [6].

 

Somos ecólogos e investigamos varios sistemas y mecanismos para entender un espectro amplio de estrategias defensivas de plantas. Trabajamos con frijoles para entender la resistencia inducible de ellas contra patógenos y herbívoros, e investigamos el mutualismo entre hormigas y acacias para identificar adaptaciones que mantienen estable este mutualismo.


Cultivares y accessiones silvestres de frijol (Phaseolus lunatus  y Phaseolus vulgaris) se investigan con el objectivo de encontrar líneas resistentes a patógenos y líneas en las cuales la resistenica se puede inducir (Elizabeth) fácilmente por medio de la comunicación entre plantas (Saraí) [6-8]. Compuestos volátiles, los cuales se emiten por una planta ya dañada o infectada, pueden inducir una expresión de resistencia en plantas vecinas [1-3], controlar la resistencia sistémica en plantas localmente dañadas [2, 4] o atraer insectos parasitóides y otros carnívoros, los cuales sirven como una defensa indirecta de la planta [5]. La mayoría de estas respuestas se inducen después de un ataque iniciál. Las plantas no sienten dolor pero aun asi lo reciben en cuanto están dañadas. Actualmente buscamos los compuestos que las plantas utilizan para este fenómeno de “damaged-self recognition” (Ariana).


Aunque los volátiles juegan mucho papeles benéficos para la planta, se pueden utilizar también por insectos herbívoros para localizar a sus plantas hospederas. Además parece posible que los patógenos cambien el olor de su planta hospedera, aumentando de esta manera la atracción de insectos que sirven como vectores (Ithaí) para patógenos, sobre todo virus. Por lo tanto, desde el punto de vista de la planta parece más útil establecer un mutualismo obligatorio con insectos defensores que no requieren una atración mediante señales que se pueden utilizar también por organismos no-mutualistas. En México, plantas del genero Acacia han desarrollado este tipo de mutualismo, siendo habitadas de manera obligatoria por hormigas del género Pseudomyrmex. Las plantas proveen alimentación en forma de gránulos nutritivos y néctar extrafloral y espacio de anidación para hormigas defensoras  [7, 8], las cuales no pueden vivir independiente de una Acacia hospedera. Para mantener este mutualismo estable, ambos pares requieren un cierto nivel de plasticidad fenotípica y especialización, para utilizar eficientemente los recursos que se intercambian entre ambos pares [8-10]. Por ejemplo, el néctar extrafloral que las plantas hospederas producen como alimento para sus hormigas es rico en compuestos nutricionales como azúcares y amino-acidos pero al mismo tiempo contiene ciertas proteínas como defensa contra infecciones [11-13]. Analizamos la composición química de los gránulos nutritivos (Domancar), porque éstos tienen que cumplir con las mismas dos funciones: alimentación de las hormigas defensoras y protección contra otros insectos. También estamos interesados en el reconocimiento entre ambas pares: ¿Cómo la reina fundadora (Rosario) reconoce su planta? y ¿Cómo la acacia recibe la especie de hormiga por la cual está habitada? (Daniel) Nuestra meta central es entender cómo las plantas utilizan su plasticidad fenotípica para defenderse exitosamente contra sus enemigos. Esperemos que algunas de estas características se utilizarán en el futuro cómo estratégias de biocontrol de las plagas que atacan a las plantas cultivadas. 


Bibliografía

  1. Heil, M., and Karban, R. (2010) Explaining evolution of plant communication by airborne signals. Trends Ecol. Evol. 25, 137-144
  2. Heil, M., and Silva Bueno, J.C. (2007) Within-plant signaling by volatiles leads to induction and priming of an indirect plant defense in nature. Proceedings of the National Academy of Science USA 104, 5467-5472
  3. Heil, M., and Adame-Álvarez, R.M. (2010) Short signalling distances make plant communication a soliloquy. Biology Letters Publ. online 17.06.2010
  4. Heil, M., and Ton, J. (2008) Long-distance signalling in plant defence. Trends Plant Sci. 13, 264-272
  5. Heil, M. (2008) Indirect defence via tritrophic interactions. New Phytol. 178, 41-61
  6. Heil, M. (2009) Damaged-self recognition in plant herbivore defence. Trends Plant Sci. 14, 356-363
  7. Heil, M., et al. (2004) Main nutrient compounds in food bodies of Mexican Acacia ant-plants. Chemoecology 14, 45-52
  8. Heil, M., et al. (2009) Divergent investment strategies of Acacia myrmecophytes and the coexistence of mutualists and exploiters. Proceedings of the National Academy of Science USA 106, 18091–18096
  9. Heil, M., et al. (2004) Evolutionary change from induced to constitutive expression of an indirect plant resistance. Nature 430, 205-208
  10. Heil, M., et al. (2005) Post-secretory hydrolysis of nectar sucrose and specialization in ant/plant mutualism. Science 308, 560-563
  11. González-Teuber, M., et al. (2009) Pathogenesis-related proteins protect extrafloral nectar from microbial infestation. Plant J. 58, 464–473
  12. González-Teuber, M., and Heil, M. (2009) Nectar chemistry is tailored for both attraction of mutualists and protection from exploiters. Plant Signaling and Behavior 4, 809-813
  13. González-Teuber, M., et al. (2010) Glucanases and chitinases as causal agents in the protection of Acacia extrafloral nectar from infestation by phytopathogens. Plant Physiol. 152, 1705–1715