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

Resumo

Investigacións previas demostraron que as plantas poden percibir e responder a mesturas complexas de compostos orgánicos volátiles (COVs) emitidos por plantas veciñas da mesma ou diferente especie, un fenómeno coñecido como "comunicación entre plantas". Estas respostas a miúdo implican a preparación ou indución de defensas nas plantas "receptoras" expostas aos COVs de veciñas "emisoras" danadas por herbívoros, o que finalmente leva a unha maior resistencia a herbivoría. A comunicación entre plantas documentouse en máis de 40 especies de plantas, incluíndo varios cultivos agrícolas e especies forestais, e agora é un fenómeno plenamente aceptado na investigación sobre defensa das plantas. Ademais, na última década, varios autores propuxeron métodos de xestión agrícola que explotan estes mecanismos de sinalización en busca dunha protección de cultivos contra pragas e enfermidades que sexa alternativa e máis sostible (por exemplo, no manexo integrado de pragas). Dito isto, a investigación aplicada que se centra no uso de COVs de plantas para reducir o dano por pragas aínda está nos seus inicios. É de suma importancia abordar os factores detrás da variabilidade e a dependencia do contexto da sinalización mediada por COVs entre plantas, arroxando luz sobre cando e como é máis probable que ocorran estas interaccións e, polo tanto, a predictibilidade e efectividade das accións de manexo baseadas en COVs. Nesta tese doutoral, investiguei factores bióticos e abióticos que poden afectar á comunicación mediada por COVs entre plantas en resposta á herbivoría e á infección por patóxenos, utilizando a pataca (Solanum tuberosum) e o algodón silvestre (Gossypium hirsutum) como especies modelo, e o verme soldado (Spodoptera exigua), o verme do algodón (Alabama argillacea), Fusarium solani e Phytophthora infestans como axentes atacantes. Especificamente, comprovei se: (i) a comunicación entre diferentes variedades de plantas de pataca en resposta ao dano de S. exigua depende do parentesco xenético entre as plantas, (ii) a comunicación entre plantas de algodón silvestre en resposta ao dano de A. argillacea depende da densidade de herbívoros e/ou o patrón de herbivoría dentro da planta, (iii) a comunicación entre plantas de pataca en resposta ao dano de S. exigua se ve afectada polo aumento de nutrientes no solo; e (iv) a comunicación entre plantas de pataca é específica do atacante, infectando as plantas cos patóxenos F. solani ou P. infestans. Para iso, realicei unha serie de experimentos en invernadoiro manipulando estes factores bióticos e abióticos e documentei os seus efectos nas emisións de COVs nas plantas emisoras e a resistencia nas plantas receptoras veciñas. Primeiro, atopei que a herbivoría de insectos afectou a cantidade total e/ou a composición das mesturas de COVs emitidas tanto en pataca como en algodón silvestre, e que os COVs inducidos aumentaron a resistencia á herbivoría nas plantas receptoras veciñas. En segundo lugar, atopei que a relación xenotípica das plantas de pataca e a cantidade e patrón de herbivoría (dispersión dentro da planta) en algodón non afectaron aos resultados da comunicación, a pesar das diferenzas entre variedades e tratamentos de herbivoría nos COVs totais liberados e/ou a composición dos COVs, respectivamente. En terceiro lugar, a fertilización do solo non tivo un efecto detectable na sinalización entre plantas de pataca, e ademais non influíu na indución de COVs. En cuarto lugar, a diferenza do dano por insectos, a infección por patóxenos non induciu cambios nas emisións de COVs nin na resistencia das plantas receptoras nas plantas de pataca. En xeral, estes achados mostran efectos contrastantes nos COVs e a sinalización en resposta a insectos herbívoros e patóxenos, e no caso da herbivoría suxiren que a sinalización se mantén constante a pesar da variación nos factores bióticos e abióticos, e nalgúns casos a pesar dos patróns alterados das emisións inducidas. Estes achados proporcionan un achegamento inicial á dependencia do contexto e á especificidade nas emisións de COVs e na sinalización entre plantas (ou a falta dela), coñecemento que pode utilizarse para evitar (ou promover) a interferencia destas interaccións coa sinalización, para reducir o dano por pragas baixo diferentes escenarios de manexo.