Specificity in Chemical Communication between Plants in Respose to Herbivory and Patogen Infection

Resumen

Varios estudios han demostrado que las plantas pueden percibir y responder a mezclas complejas de compuestos orgánicos volátiles (COVs) emitidos por plantas vecinas de la misma o diferente especie, un fenómeno conocido como "comunicación entre plantas". Estas respuestas a menudo implican la preparación o inducción de defensas en las plantas "receptoras" expuestas a los COVs de plantas vecinas "emisoras" dañadas por herbívoros, lo que finalmente lleva a una mayor resistencia a la herbivoría en el futuro. La comunicación entre plantas se ha documentado en más de 40 especies de plantas, incluyendo varios cultivos agrícolas y especies forestales, y ahora es un fenómeno plenamente aceptado en la investigación sobre defensa de las plantas. Además, en la última década, varios autores han propuesto métodos de gestión agrícola que explotan estos mecanismos de señalización en busca de un manejo sostenible de los cultivos contra plagas y enfermedades. Sin embargo, la investigación aplicada que se centra en el uso de COVs de plantas para reducir el daño por plagas todavía está en sus inicios. Es de suma importancia abordar los factores que determinan la variabilidad y la dependencia del contexto en la señalización mediada por COVs entre plantas, arrojando luz sobre cuándo y cómo es más probable que ocurran estas interacciones y, por lo tanto, la predictibilidad y efectividad de las acciones de manejo basadas en COVs. En esta tesis doctoral, investigué factores bióticos y abióticos que pueden afectar a la comunicación entre plantas mediada por COVs en respuesta a la herbivoría y a la infección por patógenos, utilizando la patata (Solanum tuberosum) y el algodón silvestre (Gossypium hirsutum) como especies modelo, y el gusano soldado (Spodoptera exigua), el gusano del algodón (Alabama argillacea), Fusarium solani y Phytophthora infestans, como agentes atacantes. Específicamente, comprobé si: (i) la comunicación entre diferentes variedades de plantas de patata en respuesta al daño de S. exigua depende del parentesco genético entre las plantas, (ii) la comunicación entre plantas de algodón silvestre en respuesta al daño de A. argillacea depende de la densidad de herbívoros y/o el patrón de herbivoría dentro de la planta, (iii) la comunicación entre plantas de patata en respuesta al daño de S. exigua se ve afectada por el incremento de nutrientes en el suelo; y (iv) la comunicación entre plantas de patata es específica del atacante, infectando las plantas con los patógenos F. solani o P. infestans. Para ello, realicé una serie de experimentos en invernadero manipulando estos factores bióticos y abióticos y documenté sus efectos en las emisiones de COVs en las plantas emisoras y la resistencia en las plantas receptoras vecinas. Primero, encontré que la herbivoría de insectos afectó la cantidad total y/o la composición de las mezclas de COVs emitidas tanto en patata como en algodón silvestre, y que los COVs inducidos aumentaron la resistencia a la herbivoría en las plantas receptoras vecinas. En segundo lugar, encontré que la relación genotípica de las plantas de patata y la cantidad y patrón de herbivoría (dispersión dentro de la planta) en algodón no afectaron a los resultados de la comunicación, a pesar de las diferencias entre variedades y tratamientos de herbivoría en los COVs totales liberados y/o la composición de los VOCs, respectivamente. En tercer lugar, la fertilización del suelo no tuvo un efecto detectable en la señalización entre plantas de patata, y además no influyó en la inducción de COVs. En cuarto lugar, a diferencia del daño por insectos, la infección por patógenos no indujo cambios en las emisiones de COVs ni en la resistencia de las plantas receptoras en las plantas de patata. En general, estos hallazgos muestran efectos contrastantes en los COVs y la señalización en respuesta a insectos herbívoros y patógenos, y en el caso de la herbivoría sugieren que la señalización se mantiene constante a pesar de la variación en los factores bióticos y abióticos, y en algunos casos a pesar de los patrones alterados de las emisiones inducidas. Estos hallazgos proporcionan un acercamiento inicial a la dependencia del contexto y a la especificidad en las emisiones de COVs y en la señalización entre plantas (o la falta de ella), conocimiento que puede utilizarse para evitar (o promover) la interferencia de estas interacciones con la señalización, para reducir el daño por plagas bajo diferentes escenarios de manejo.