Inducción de Defensas en los Cultivos

Inducción de Defensas en los Cultivos
Productos “Fitofortificantes”
Félix Martínez.- Presentación ICEA 05.05.08
“Otros medios de defensa fitosanitaria…”.- Orden APA/1470/2007
Otros Medios de Defensa Fitosanitaria, incluyen
Productos “no fitosanitarios” que permiten
mitigar, reducir o evitar daños producidos por
enfermedades, plagas o factores abióticos adversos
O un productos que inducen respuestas de defensa de la
planta frente a factores bióticos o abióticos adversos
O un productos destinado a favorecer el aumento de vigor
de los cultivos
Como antecedente…
En el año 2003 se aceptó en España una nueva categoría entre los
productos Fitosanitarios, que se denominó
“Productos Fitoestimulantes”
(…además de herbicidas, insecticidas, fungicidas y fitorreguladores)
Registro de productos similares en otros países:
Turquía, por ejemplo…
…find below the required documents needed to
register a “Plant Activator” in Turkey in case we will
only mention sentences about features of plant
activators in the label….
Plant Activators have some special features that
activates plants natural defense system, make more
benefits from nutrients, helps to protect the plants from
stress conditions and/or natural and/or chemical
strengthener that increases the yield and quality,
increases resistance, improves soil structure and
carries one or more of these features.
Salubridad Global de los Cultivos /
Producto Regulador de la Salud Vegetal
Un concepto importante para favorecer de forma racional
la producción agrícola
En la salubridad de los cultivos contribuyen por igual:
la planta, el medio ambiente, la nutrición, los
productos fitosanitarios y otros medios (riego, plástico,
etc…
Es un concepto acorde con los objetivos de la Producción
Integrada
Un método racional para evitar pérdidas de producción,
para mejorar la calidad, al cosechar y en post-cosecha
Un Medio de Defensa Fitosanitario, responde al concepto
de Regulador de la Salud Vegetal
¿Qué ocurre en la planta frente
a una situación de estrés?
¿Qué ocurre en la planta frente a una situación de estrés?
El mecanismo de respuesta defensiva es similar frente a cualquier tipo
de estrés, biótico o abiótico
Sea el ataque de un patógeno, helada, sequía, salinidad,
fitotoxicidad, etc., en todos los casos, la planta percibe el “ataque” e
inicia la defensa.
La célula vegetal precisa de un aumento muy grande en el
contenido en Calcio en el citosol. Para ello deben abrirse los canales
de entrada de los iones Ca 2+ , iones que han estado almacenados en
las vacuolas o en los espacios intercelulares
En el citosol, el ión Ca 2+ se une a una proteína llamada calmodulin,
formando el complejo Ca 2+ - Calmodulin
El Calcio cumple la función de “segundo mensajero”, como “transductor
de la señal”, interviniendo en numerosos procesos fisiológicos.
El Calcio como “segundo mensajero”, “transducirá la señal” que activará
la expresión de genes involucrados en la síntesis de proteínas de resistencia.
¿Cómo facilitar o activar
la entrada de Calcio
en el citosol…?
Estrategia para conseguir la
Salubridad Global de los Cultivos
1ª etapa:
Aprovechar la capacidad natural de las plantas para
activar mecanismos de defensa frente al
estrés, biótico o abiótico.
Plant Defense Signal Transduction Pathways
… Utilizar la naturaleza como modelo
Rutas de Transducción de “Señales” en los
mecanismos de Defensa de las Plantas
La transducción de señales no solo activa
mecanismos de defensa…
Además de las rutas del ácido salicilico,
ácido jasmónico y etileno…
…también existen rutas a través de otras
fitohormonas – giberelinas, auxinas, citoquininas,
etc., que activan respuestas implicadas
en el desarrollo y producción de la planta
Mecanismos de
Defensa de las Plantas
frente a Enfermedades y Plagas
Presentes
Inducidos
El mecanismo de la vida…
ELICITOR
(emisor)
Señal
RECEPTOR
Transmisión
de la Señal
(fitohormonas)
RESPUESTA
Mecanismos de Resistencia
Presentes en la Planta
Protección física:
Barreras en la
superficie de la planta
Protección física:
Barreras internas en la planta
Cutina
Suberina
Cera
Formación de tejidos
suberizados
Terpenos
Protección química:
Metabolitos secundarios
Compuestos fenólicos
Compuestos que
contienen N
Metabolitos
secundarios
Terpenos
Compuestos
fenólicos
Monoterpenos
Piretroides
Monoterpenos
+ Sesquiterpenos
Aceites
esenciales
Juegan un papel muy complejo
en las plantas
Alelopatías
Flavonoides: pigmentación
y defensa
Isoflavonoides
Compuestos que
contienen N
Alcaloides
Fitoalexinas
Estrategia para conseguir la
Salubridad Global de los Cultivos
2ª etapa:
Activar la en la planta
activar mecanismos de defensa
frente al estrés, biótico o abiótico.
Plant Defense Signal Transduction Pathways
… Utilizar la naturaleza como modelo
Mecanismos de Resistencia Inducida
Resistencia gen a gen
Respuesta Hipersensitiva (HR)
Resistencia Sistémica Adquirida (SAR)
Resistencia Sistémica Inducida (ISR)
Resistencia Inducida por Elicitores (sistémica o no)
Resistencia Inducida por Mordeduras (WIR)
Resistancia Inducida por productos Químicos (CIR)
Síntesis de Compuestos Antimicrobianos (Péptidos,
Proteínas PR, Fitoalexinas, etc)
Plant cell death characterized
as hypersensitive response
•Basis for innate defense/immune
mechanism for
•Plant
•Animal
•insects
Erwinia amylovora como ejemplo: Respuesta Hipersensitiva en tabaco
Compatible
Hoja de manzano
Enfermedad
Incompatible
Hoja de tabaco
Necrosis celular (HR)
Resistencia
Resistencia Sistémica Adquirida (SAR)
Es el mecanismo de resistencia mejor caracterizado
Se activa local y sistémicamente, tras la infección de la planta
por patógenos que producen necrosis (virus, bacterias, hongos,)
La SAR confiere resistencia al patógeno que la ha activado, pero
también a otros patógenos.
Confiere resistencia frente a una segunda infección…
La activación de la SAR va acompañada de un incremento endógeno,
local y sistémico de ácido salicílico (SA)
Esta acumulación de SA activa una serie de proteínas reguladoras,
como NPR1/NIM y factores transcripcionales (TGAs) que controlan
la expresión de genes de defensa que codifican proteínas PR (Patogenesis
Related)
La aplicación exógena de SA sobre la superficie de una planta es capaz de
inducir una respuesta de defensa similar a la activada en la SAR, pero solo
es funcional en plantas capaces de sintetizar o acumular SA
Resistencia Sistémica Inducida (ISR)
Se activa por determinadas cepas bacterianas del suelo,
que son capaces de colonizar las raíces de las plantas.
Al igual que la SAR, la ISR es una resistencia sistémica, de amplio
espectro (virus, bacterias, hongos) y duradera
La activación de la ISR no depende de un incremento endógeno local y
sistémico de SA. Por el contrario dicha resistencia depende de las rutas
reguladas por las hormonas etileno (ET) y ácido jasmónico (JA).
En plantas que tienen bloqueadas estas rutas, del ET y JA, la ISR no es
operativa.
Cómo en la SAR, la ISR es dependiente de la proteína reguladora
NPR1/NIM1, aunque tras la activación de esta resistencia, los genes de
defensa que se expresan son distintos de los activados en la SAR
Resistencia Inducida por herida (WIR)
Se activa tras el ataque de una planta por insectos que causan daño/herida,
como los insectos comedores.
La WIR es una resistencia sistémica y duradera, pero no es de amplio
espectro, ya que protege frente a otros insectos comedores
La activación de la WIR depende de la ruta regulada por la hormona JA
Se conoce la señal sistémica de la WIR que es un péptido denominado
sistemina
Igualmente, se ha identificado el receptor celular de la sistemina, que es
una RLK (Receptor-Like Kinase)
Resistencia Inducida por Elicitores
Son moléculas esenciales para la fisiología y ciclo vital de un patógeno,
características de determinados grupos (no solo de una raza)
Se incluyen liposacáridos (LPS), peptidoglicano (PGN), flagelina (Fgl22),
lipopéptidos, proteínas harpin (HP), componentes de la pared celular (quitina, glucanos y mananos) de hongos.
Son moléculas muy estables, cuya variabilidad es inferior a la del resto del
patógeno, por lo cual han sido “elegidas” por plantas y animales como las
“huellas delatoras” de los diferentes grupos de patógenos.
El Elicitor precisa ser reconocido en la planta por un Receptor (proteína),
que activa la expresión de genes de defensa
Síntesis de Compuestos Antimicrobianos (Péptidos,
Proteínas PR, Fitoalexinas, etc)
ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA DE PÉPTIDOS DE PLANTAS
A
Actividad in vivo
B
Resistencia por sobreexpresión de péptidos en plantas
La inducción de respuestas en la planta
no se limita sólo a defensa frente al estrés…
… aumentar la producción también es
posible
Respuestas sobre el crecimiento y fisiología en la planta
como consecuencia de la acción de inductores / receptores
Cambios
fisiológicos
Cambios en
la expresión
de genes
Intercambio iónico
Fotosíntesis
Absorción de
nutrientes
Proteínas fotosistema
Enzimas fijación carbono
Síntesis proteínas
Transporte/Procesado de
proteinas
Ca2+ Regulador de proteínas
Metabolismo de la pared celular
Síntesis de poliaminas
Genes de la inducción floral y
del cuajado de frutos
Genes del tamaño de los frutos
Aumento desarrollo
Floración mas precoz
Floración más uniforme
Vigor
Color
Maduración más precoz
Aumento biomasa
radicular
Incremento producción
Firmeza frutos
Calidad post-cosecha
Actualmente han proliferado las empresas que
incorporan en sus catálogos Fitofortificantes,
Elicitores, Inductores de Defensas…
Mi impresión es que se “tararea” la música,
pero se desconoce la letra…
Comentarios sobre algunos casos específicos:
-
Aminoácidos
-
Fosfito potásico
-
Microorganismos
-
Micorrizas
-
Elicitores
-
…….
Comentarios finales
La utilización práctica de este tipo de productos
requiere una predisposición favorable de los agricultores
La percepción de la eficacia no es fácil, en muchos casos
La actividad no puede valorarse con el mismo criterio
que un fitosanitario biocida
Es necesario el “entrenamiento” de los utilizadores.
El futuro implica el menor uso de fitosanitarios de síntesis,
una nutrición basada en la utilización racional de fertilizantes,
macro y micro, y en la interrelación entre nutrición y sanidad…
En definitiva, el futuro requiere utilizar herramientas acordes
con el concepto de “Salubridad Global de los Cultivos”