Cómo las plantas reconocen los patógenos: la ciencia que hay detrás de la tecnología LUMINUS®.

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Las nuevas estrategias fitosanitarias se han centrado en aumentar la capacidad de defensa de las plantas, reduciendo así la dependencia de la acción directa contra los patógenos en su manejo. En este contexto, los elicitores están adquiriendo cada vez mayor relevancia. Estos compuestos actúan estimulando los mecanismos de defensa naturales y alertando a la planta incluso antes de que se produzca una infección, lo que representa un avance importante para el manejo integrado de enfermedades.

Las plantas poseen un sofisticado sistema inmunitario, desarrollado a lo largo de millones de años de coexistencia con microorganismos. Este sistema es capaz de reconocer señales asociadas a la presencia de patógenos o al daño en los tejidos de la planta, desencadenando respuestas de defensa coordinadas. Entre estos mecanismos, destaca la inmunidad por reconocimiento de patrones (PTI), que se activa cuando los receptores presentes en la membrana celular identifican moléculas conservadas de microorganismos, como fragmentos de flagelina bacteriana o quitina fúngica. Además, las plantas también pueden reconocer moléculas producidas por patógenos durante el proceso de infección, activando respuestas más específicas e intensas conocidas como inmunidad desencadenada por efectores (ETI).

Una vez activado el sistema de defensa, se produce una rápida cascada de señalización celular que incluye un aumento de los niveles de calcio intracelular, la activación de las quinasas de proteínas (MAPK) y la producción controlada de especies reactivas de oxígeno (ROS). Estas señales promueven la expresión de genes relacionados con la defensa, lo que resulta en el refuerzo de la pared celular, la deposición de calosa y la síntesis de compuestos antimicrobianos como las fitoalexinas. En conjunto, estas respuestas aumentan la capacidad de la planta para resistir el establecimiento y la progresión de enfermedades.

LUMINUS® y el péptido flg22: una señal que la planta reconoce.

Entre las tecnologías más recientes destinadas a activar las defensas de las plantas se encuentra LUMINUS®, el primer producto registrado comercialmente en Brasil formulado con el péptido flg22. Este péptido, compuesto por 22 aminoácidos y derivado de la flagelina bacteriana, es reconocido por las plantas como una señal asociada a la presencia de microorganismos.

Tras la aplicación foliar, el gen flg22 es detectado por el receptor Flagellin-Sensing 2 (FLS2), ubicado en la membrana plasmática de las células vegetales. Este reconocimiento desencadena una de las vías de inmunidad vegetal mejor caracterizadas, iniciando una rápida cascada de señalización intracelular.

La activación de FLS2 promueve la formación de un complejo con correceptores, amplificando la señal de defensa. Como consecuencia, se produce un aumento en los niveles de calcio citoplasmático, la activación de quinasas de proteínas, la producción controlada de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la regulación de genes implicados en la síntesis de hormonas, fitoalexinas y otros componentes relacionados con la defensa vegetal.

En la práctica, flg22 actúa como una señal de alerta temprana, preparando a la planta para responder de manera más rápida y eficiente a un desafío biótico, un fenómeno que subyace al establecimiento del estado de preparación fisiológica conocido como "preparación" (Figura 1).

Evidencia bioquímica del estado de preparación inducido por LUMINUS®.

Con el objetivo de comprender los cambios bioquímicos asociados a la aplicación de LUMINUS®, se realizó un estudio con plantas de soja, llevado a cabo por Metabolic Biosolutions y PDPA/UFRRJ, en colaboración con UPL. El análisis permitió identificar cambios en proteínas relacionadas con diferentes procesos fisiológicos implicados en la respuesta inmunitaria de la planta.

De acuerdo con el mecanismo de acción esperado para flg22, las proteínas identificadas se asociaron con procesos de percepción y transducción de señales, regulación del metabolismo celular, mantenimiento de la homeostasis redox y activación de respuestas de defensa. Estos resultados refuerzan la evidencia de que el reconocimiento de flg22 por el receptor FLS2 desencadena una compleja red de señalización que involucra cambios en los niveles de Ca²⁺ citoplasmático, activación de cascadas de MAPK, producción y control de especies reactivas de oxígeno (ROS), regulación de la expresión génica y síntesis de metabolitos relacionados con la defensa. En conjunto, estas respuestas promueven una amplia reprogramación bioquímica de la planta, lo que permite que las señales iniciales de percepción del elicitor se conviertan en mecanismos de protección eficaces.

Además de los cambios observados en las etapas iniciales de la respuesta, algunas proteínas permanecieron acumuladas diferencialmente hasta 15 días después de la aplicación de LUMINUS®. Dado que los eventos clásicos de la PTI se desencadenan poco después de la percepción del desencadenante, la persistencia de estos cambios sugiere que la activación inicial de la inmunidad produce ajustes metabólicos duraderos. Por lo tanto, las proteínas identificadas en este período posterior constituyen evidencia de que la aplicación de LUMINUS® no solo activa mecanismos de defensa inmediatos, sino que también contribuye al establecimiento de una memoria bioquímica capaz de favorecer respuestas más rápidas y eficientes ante futuros desafíos.

Entre estas proteínas, destacó la 9-lipoxigenasa (9-LOX), una enzima implicada en la biosíntesis de oxilipinas, moléculas de señalización asociadas a la comunicación tisular y a la coordinación de las respuestas de defensa. En la soja, las enzimas tipo LOX están fuertemente asociadas a la resistencia basal y a la memoria de defensa, y su presencia en los resultados indica que LUMINUS® proporcionó una protección lipídica duradera en la planta (Tabla 1).

También se observó una mayor abundancia de mioinositol-1-fosfato sintasa (MIPS), una enzima clave en la biosíntesis de mioinositol y sus derivados. Estos compuestos participan en procesos de señalización celular, regulación del calcio intracelular y respuesta a estrés biótico y abiótico. Su identificación indica que las plantas tratadas con LUMINUS® mantienen una mayor predisposición a activar esta señalización, con membranas más estables y una mayor capacidad para la reactivación rápida de las defensas (Tabla 1).

Como complemento a este conjunto de respuestas, se identificó una mayor abundancia de leghemoglobina reductasa, una proteína asociada al mantenimiento del equilibrio redox celular. Tras la activación de PTI, el aumento de ROS y óxido nítrico es fundamental para la señalización, pero este proceso debe regularse para evitar dañar la planta. La presencia de esta enzima demuestra que LUMINUS® también contribuye al ajuste fino de esta respuesta, garantizando la eficiencia sin comprometer la integridad celular (Tabla 1).

En conjunto, el estudio demostró que las plantas tratadas con LUMINUS® movilizaron mecanismos capaces de mantener la respuesta de defensa sin afectar su funcionamiento normal. El producto no solo activa mecanismos inmediatos, sino que también promueve un estado metabólico a largo plazo que mantiene el cultivo alerta, listo para responder con mayor eficacia ante la presencia de patógenos.

Resultados de LUMINUS® en el campo (UPL)

Los resultados presentados en la Figura 2 demuestran que la inclusión de LUMINUS® (flg22) en el programa de manejo proporcionó una reducción significativa en la severidad del complejo de enfermedades foliares de la soja, compuesto por: Gliconas de Septoria, Cercospora spp. Es Corynespora cassiicola, en diferentes ubicaciones. Estos resultados indican que la activación temprana de los mecanismos de defensa de las plantas a través del péptido flg22 mejora la eficiencia del manejo fitosanitario, favoreciendo el establecimiento del estado de "preparación" y permitiendo respuestas más rápidas e intensas a la presión de los patógenos.

Camila Ferreira de Pinho,
Eduardo de Souza Amorim,
Anthony Côrtes Gomes,
UFRRJ;
Gabriela de Souza da Silva,
Rita de Cássia Silva,
Biosoluciones metabólicas;
diego costa,
Gerente de I+D para Biocontrol y Nutrición Vegetal;
Mariana Yama,
Gerente de Marketing Estratégico Brasil - Biocontrol