Inmunidad en la alubia de riñón

Reforzar el sistema inmune de las plantas estimulando su respuesta para defenderse de las enfermedades, frente a los sistemas tradicionales de mejora genética o utilización de fitosanitarios, que plantean problemas, es el objetivo de una tesis desarrollada por el Grupo Fisiovegen de la Universidad de León, que ha identificado por primera vez un inhibidor contra la enfermedad de la grasa en la alubia de riñón, uno de los cultivos más preciados de la provincia. La investigación ha analizado cómo reaccionan las plantas para defenderse del ataque de los patógenos. En el caso de la alubia, detecta el ataque, pero no es capaz de producir una respuesta suficiente para frenarlo. El descubrimiento supone un avance para proteger al cultivo sin modificar sus condiciones gastronómicas ni utilizar elementos contaminantes. Utiliza compuestos procedentes de otras plantas para estimular su respuesta inmune. La iniciativa es resultado del proyecto Retos Colaboración entre Universidad y Empresa, en el programa de búsqueda de herramientas biotecnológicas innovadoras para la mejora de cultivos estratégicos para Castilla y León, como la alubia, el lúpulo y el maíz. 

La tesis ha sido desarrollada por Alfonso Gonzalo de la Rubia, que acaba de defenderla, y dirigida por Penélope García Angulo, profesora titular del Área de Fisiología Vegetal del a Universidad de León. Ambos explican que las plantas «han desarrollado un verdadero y completo sistema inmune para combatir a los atacantes que dificultan su supervivencia». Por ejemplo, durante el ataque de los patógenos «desencadenan una serie de mecanismos que pueden evitar la enfermedad, por ejemplo respuestas muy rápidas como la liberación de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) y otras especies reactivas de oxígeno, que sirven como antimicrobiano». Y también como moléculas de señalización que «inducen la rápida liberación de hormonas en las células de la planta, como el ácido salicílico, que bloquean este avance de la enfermedad». 

Conocer qué ocurre durante una interacción en la que la planta es susceptible es lo interesante para desarrollar estrategias que permitan reducir las enfermedades. «En estos procesos la pared celular juega un papel muy importante, porque es la primera barrera física. Es una estructura de células muy dinámica, en la que tienen lugar muchas reacciones y procesos metabólicos, algunos determinantes para esa función de defensa». De la capacidad de la planta «para remodelar la arquitectura de la pared celular y sus propiedades físicoquímicas dependerá que el patógeno sea capaz o no de penetrar en la célula». 

La investigación se ha centrado en conocer los procesos fisiológicos que podrían explicar la susceptibilidad de la alubia común variedad riñón a la bacteria Pseudomonas syringae pv phaseolicola (Pph), que provoca la enfermedad de la grasa. Una enfermedad que produce manchas oscuras y de aspecto aceitoso en las vainas y hojas de la planta, y que produce grandes pérdidas en el rendimiento de los cultivos. Es además una enfermedad «muy difícil de erradicar porque la bacteria tiene capacidad de crecer dentro de la semilla, así que escapa al tratamiento con compuestos químicos, y se propaga rápidamente una vez que la semilla contaminada consigue germinar». La investigación se ha centrado en el «papel principal que puede tener la remodelación de la pared celular, para obtener una solución que active de alguna manera la inmunidad de la alubia». 

La estrategia de los investigadores se centró, según explica García Angulo, en «conocer el sistema inmune de la alubia a nivel molecular, para intentar identificar las posibles causas que hacen que la bacteria sea capaz de penetrar y multiplicarse en la planta, produciendo la enfermedad». Reforzar los puntos claves de esa defensa para dificultar el avance de la grasa ha sido el siguiente paso, y «para ello hemos empleado un sistema de germinación y cultivo in vitro, que permite que la planta crezca aislada de cualquier otro estrés y que le aportemos buen sustrato, luz, agua y buena temperatura para crecer».

Respuesta de plantas resistentes

Después, «mediante técnicas analíticas y moleculares identificamos que la alubia de riñón es capaz de percibir inicialmente al patógeno de la grasa, pero no produce alguna de las respuestas típicas de las plantas resistentes, como un pico intenso de peróxido de hidrógeno, o un aumento de ácido salicílico».

En el proceso de desarrollo de las nuevas técnicas se probó con aplicar externamente este ácido, o un «análogo estructural de la hormona para reforzar la señalización y que la planta responda mejor a la bacteria». Y se comprobó si la planta reforzaba estructuras celulares importantes como la pared celular con estos tratamientos.

El resultado final de la tesis es que «se ha demostrado que las pectinas presentan un papel determinante en la defensa, y hemos identificado una proteína implicada en el metabolismo y remodelación de estos polisacáridos que parece ser de gran importancia». Los investigadores señalan que los resultados del trabajo muestran «que la aplicación de cichloro-isonicotinico (INA) en plantas de alubia refuerza la pared de sus células y las hace más difícilmente degradables enzimáticamente». Además, «las plantas que son tratadas con este compuesto muestran menos síntomas de enfermedad tras ser infectadas por la grasa que las plantas que nunca se trataron con él».

Un descubrimiento importante, pero para la aplicación generalizada en el campo quedan aún varios pasos. «El empleo del INA a gran escala puede ser muy caro, así que en la parte final del trabajo nos centramos en buscar preparados a base de Plantas o residuos de distintas industrias que puedan por un lado inhibir el crecimiento de la grasa, y por otro puedan servir para inducir y reforzar el sistema inmune de la alubia”.

Penélope Garía Angulo y Alfonso Gonzalo de la Rubia explican que durante años la agricultura tradicional ha utilizado materias primas orgánicas para proteger los cultivos, aunque “sin conocer plenamente su modo de acción”. Varios estudios señalan que pueden funcionar como antibióticos”.

La razón es que las plantas pueden sintetizar una gran cantidad de diferentes metabolitos secundarios como alcaloides, flavonoides y fenólicos, “con potencial para combatir los patógenos y sus metabolitos. Además, algunas plantas o los extractos obtenidos de ellas pueden funcionar como bioestimulantes, promoviendo el crecimiento o activando mecanismos defensivos contra diferentes estreses”.

Los estudios en este campo se han desarrollado sobre todo en las experimentaciones con la planta Arabidopsis Thaliana, que “es al estudio de las plantas lo que los ratones son al estudio de los modelos animales”. Sin embargo la investigación del Grupo Fisiovegen se ha centrado en el cultivo de la alubia, lo que ofrece “una aplicación más real”.

Así, “nos basamos en bibliografía, e incluso en creencias populares, y seleccionamos hasta 20 residuos o plantas con los que ensayamos para comprobar su capacidad o no de inhibir el crecimiento de la grasa”.

Entre ellas se analizaron los residuos de lúpulo obtenidos tras el secado de la flor, los hollejos de uva tras el proceso de obtención del vino, y plantas como la ortiga o el equiseto, que “no son cultivos, y no entran en competencia por su uso en alimentación”.

De todos ellos “la ortiga resultó ser la que más inhibió el crecimiento de la grasa, y además el producto basado en plantas que mayor inducción del sistema de defensa de la alubia produjo”.