Recientemente, científicos de la Academia de Ciencias de China resumieron el progreso de la investigación reciente sobre las respuestas de defensa de los cultivos hortícolas a los patógenos fúngicos y las estrategias novedosas para regular la inducción de la resistencia de las plantas, así como los problemas, desafíos y futuras direcciones de investigación.

Los fitoquímicos con efectos antimicrobianos son componentes importantes de los sistemas de defensa de las plantas. Entre tales fitoquímicos, las fitoalexinas son inducidas por factores externos, mientras que las fitoanticipinas ocurren naturalmente o aumentan después de la inducción. Los fitoquímicos antimicrobianos se clasifican según sus estructuras químicas y son principalmente fenoles, flavonoides, cumarinas, ligninas, terpenoides, alcaloides, glucosinolatos y estilbenos. Los fenólicos y los flavonoides son metabolitos secundarios que constituyen uno de los grupos de fitoquímicos más comunes y extensos. Estos compuestos inhiben los patógenos al inducir la peroxidación lipídica de la membrana, lo que interrumpe la permeabilidad de la membrana celular fúngica y la función mitocondrial. De manera similar, los terpenoides inhiben el crecimiento de hongos y también inducen resistencia a enfermedades. Los otros fitoquímicos también exhiben una actividad antifúngica de amplio espectro fuerte y estable, lo que sugiere que podrían desarrollarse como alternativas a los fungicidas químicos.

Cuando los patógenos fúngicos penetran las barreras físicas modificando o degradando las paredes de las células huésped, los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) pueden reconocer patrones moleculares asociados al daño conservados (DAMP) de plantas o patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) de patógenos y activar la inmunidad desencadenada por patrones. (PTI). Los patógenos fúngicos pueden secretar efectores o factores de virulencia, que pueden ser reconocidos por proteínas de unión a nucleótidos y repeticiones ricas en leucina (NB-LRR o NLR) y otras proteínas de resistencia vegetal (R). Tal reconocimiento puede dar como resultado una mayor inmunidad desencadenada por efectores (ETI), que se postula como una respuesta de PTI acelerada y amplificada. Un número variado de genes NB-LRR exhiben patrones evolutivos especiales entre las especies de plantas. Hasta la fecha, solo se ha confirmado que unos pocos genes NB-LRR funcionan en respuesta a patógenos fúngicos. Una mayor exploración en profundidad de los posibles NB-LRR y sus mecanismos de acción puede enriquecer sustancialmente nuestro arsenal para contrarrestar los patógenos fúngicos.

Para evitar una mayor invasión de patógenos fúngicos, las plantas han desarrollado una serie de respuestas que incluyen la respuesta hipersensible (HR), la modificación de la pared celular, el cierre de estomas, la deposición de calosa, la producción de fitoalexina y la degradación de toxinas. Después de que se inducen las respuestas de defensa locales, la señalización sistémica puede activar la resistencia en otros tejidos adyacentes. Tanto PTI como ETI pueden desencadenar la producción y el transporte a larga distancia de moléculas de señalización para inducir resistencia sistémica adquirida (SAR) y resistencia inducida por herbívoros (HIR). La SAR está mediada principalmente por la señalización del ácido salicílico (SA) y, en menor medida, por el ácido N-hidroxipipecólico (NHP). A diferencia de SAR, HIR está modulado por ácido jasmónico (JA) y etileno (ET). La diafonía entre SA, JA y ET, tanto sinérgica como antagónica, es común y crucial para las respuestas de defensa contra patógenos fúngicos.

El uso excesivo de fungicidas y agentes antimicrobianos tradicionales ha aumentado la resistencia de los patógenos a estos compuestos y también amenaza la seguridad alimentaria y el medio ambiente. Por lo tanto, se deben desarrollar nuevas estrategias para el control eficiente de enfermedades para cumplir con los requisitos para el desarrollo sostenible de la industria agrícola. Los últimos estudios indican que la inducción de resistencia intrínseca en cultivos hortícolas a través de elementos reguladores es factible y eficiente. El descubrimiento del tráfico de ARN entre reinos ha proporcionado nuevas perspectivas para la protección de cultivos. El hongo necrotrófico B. cinerea puede producir pequeños RNA (sRNA) que funcionan como efectores para suprimir la inmunidad del huésped. A su vez, las plantas huésped introducen sRNA en B. cinerea a través de vesículas extracelulares que suprimen la expresión de genes asociados con la patogenicidad. La sobreexpresión o eliminación de los sRNA del huésped transferidos puede promover o reducir la resistencia del huésped. Muchos microbios eucarióticos pueden absorber el ARN de doble cadena (dsRNA) ambiental con eficiencia variable, y la aplicación tópica de dsRNA con alta eficiencia de absorción de ARN puede inhibir notablemente los síntomas de enfermedades de las plantas.

El control de la traducción del ARNm a través de la edición de elementos reguladores puede ser otra forma eficiente de inducir resistencia en cultivos hortícolas. Los marcos de lectura abiertos aguas arriba (uORF) tienen funciones reguladoras generalizadas en la modulación de la traducción de ARNm en eucariotas. Además, las líneas de plantas libres de transgenes con rasgos mejorados se obtienen fácilmente con CRISPR/Cas9, lo que tiene amplias implicaciones para la mejora de cultivos. Debido a que los uORF se encuentran ampliamente en los ARNm eucarióticos, estos elementos reguladores podrían manipularse para mejorar la resistencia de amplio espectro con efectos adversos mínimos sobre el crecimiento normal, promoviendo sustancialmente la mejora genética de los cultivos hortícolas.

"Debido a la importancia de las enfermedades fúngicas en la pérdida de cultivos hortícolas antes y después de la cosecha, nos enfocamos en las interacciones planta-patógeno y la tecnología de control. Además, el desarrollo y la aplicación de tecnologías ómicas han proporcionado grandes conjuntos de datos en múltiples niveles, que han ampliado aún más conocimientos sobre las respuestas de defensa contra los patógenos fúngicos", dijo el profesor Tian. El documento de revisión también examinó las limitaciones de estudios previos y propuso direcciones de investigación futuras para la mejora genética de la resistencia en cultivos hortícolas.

La investigación fue publicada en Horticultura Research .