Juan Gonzalo Vélez. Ing. Agr. M.Sc (c) Fitopatología - Universidad Nacional.
Botrytis es un hongo necrótrofo que engaña a la planta para que asuma que es un biótrofo y activa con éxito las defensas SAR salicílico dependientes, con esto logra: deprimir la defensa jasmónico a la que es sensible; inducir suicidio celular del tejido para ahorrar energía en la obtención de alimento; redireccionar el flujo del transporte en sentido opuesto al lugar donde está su hifa, e incrementar el metabolismo oxidativo, para alejar y degradar endo y exotoxinas evitando ser afectado por ellas. Elementos claves del engaño serian la liberación de ácido oxálico (AO) y superóxido dismutasa (SOD) durante la degradación de la cutícula, no penetrar la primera célula antes de su muerte total, ni degradar los lípidos de pared o membrana con lipasas.
La fisiopatología busca comprender los fenómenos que se dan durante el desarrollo de una enfermedad, y explicar las consecuencias que estos tienen sobre tejido afectado y patógeno, así como sobre las estrategias de manejo clínico que se quieran implementar.
Con base en estudios biológicos en campo y laboratorio, y especialmente por la forma en cómo accede al alimento, células muertas, se clasifica a Botrytis como un hongo necrótrofo, sin embargo, otra forma para diferenciarlos, y de hecho más útil, es por la forma como las plantas los diferencian para defenderse de ellos.
Las células usan un sistema para la detección de señales de invasores, tanto de presencia como de daño, que les permite prepararse para un ataque; con base en el análisis combinado de los 2 tipos de señales la célula determina al atacante, pero, son las señales asociadas a daño, las que en última instancia determinan el tipo de respuesta de defensa a implementar.
Si las señales de daño no involucran daño estructural, las células asumen el ataque de un biótrofo, con un requerimiento nutricional muy específico, implementan una defensa SAR salicílico dependiente (SAR-SA), y junto con la síntesis peróxidos y compuestos de defensa, inician un programa de suicidio celular (PCD) con máxima expresión en respuesta hipersensible (HR). La estrategia consiste en quitarle la fuente de alimento, al confinarlo en una zona de tejido muerto, generado por el suicidio de las células o tejidos completos.
Cuando las señales de daño involucran daño estructural de paredes y membranas, o compuestos de vaciado celular, el ataque se interpreta como de necrótrofo o herbívoro; implementan una defensa del tipo SAR jasmonico dependiente (SAR- JA), se sintetizan y liberan peróxidos, inhibidores de proteínas, reguladores de crecimiento, compuestos tóxicos, entre muchos. La estrategia consiste en atacar la integridad misma del invasor, causar su muerte directa.
Aunque las respuestas SAR-SA y JA interactúan entre ellas para afinar la respuesta más adecuada a invasores, también son en parte antagónicas, por ello es poco posible que una célula active los 2 sistemas de forma simultánea, y usualmente la respuesta SAR-JA es la más sensible a ser bloqueada.
Durante el ataque de un necrótrofo como Botrytis, se espera que los receptores identifiquen señales de daño estructural y contenido celular, y se active la defensa SAR-JA, con lo cual el hongo muere y las células prosperan; sin embargo la realidad parece ser diferente, y si bien los receptores reciben señales de daño, estas no corresponden a un necrótrofo, sino más bien a un biótrofo, y en consecuencia, los tejidos activan la defensa SAR-SA, deprimiendo la defensa SAR-JA, el tejido muere y el patógeno prospera, en otras palabras, las células estructuran su defensa con base en un premisa errónea.
Este engaño montado por Botrytis activa el programa celular para control de biótrofos, evita la activación de la defensa jasmonico (letal para necrótrofos), y si el programa de suicidio celular es eficiente, le permite acceder a nuevas células muertas para alimentarse, con casi ninguna inversión de energía adicional, las células o tejidos creyendo defenderse, simplemente se sacrificarían para él.
El engaño consta de 2 estrategias, por una parte, liberar señales asociadas a SAR-SA durante la degradación de la cutícula, y por otra, evitar señales asociadas a SAR-JA antes de la muerte total de las primeras células a penetrar.
Durante la degradación de la cutícula, la hifa de Botrytis libera 2 compuestos que poco o nada tienen que ver con el proceso: acido oxálico (AO), que se mueve por el medio, llega hasta las paredes de las células, remueve el calcio de ellas sin dañar la estructura, parte reacciona a oxalato de calcio, y otra queda libre en el ambiente fungiendo como señal típica de la presencia de biotrofos; también se libera superoxido dismutasa (SOD) que reacciona con la galacturonasa y forma especies activas de oxigeno (ROS), peróxidos que son señal clara de la presencia y combate a biotrofos, más aun, cuando no hay señales de daño estructural que indiquen algo diferente.
Una vez que la hifa ha degradado la cutícula y se encuentra en la frontera de las primeras células a invadir, se detiene y no penetra hasta que estén muertas, así como tampoco usa sus lipasas para favorecer la degradación final de membranas; con ello no libera al espacio intercelular señales de daño estructural, y evita liberar fosfolípidos, que con las ROS presentes reaccionen a hidroperóxidos, y se conviertan en jasmonatos, que iniciarían la defensa a la cual es sensible.
A esta altura de la interacción, el tejido cercano al sitio de ingreso, seguro de enfrentar un ataque por un biotrofo, inactiva toda la defensa jasmonico y monta la defensa SAR-SA; envía señales que pueden hallarse hasta 4 centímetros más allá de donde está ubicada la hifa, el engaño avanza más rápido que la invasión; las señales alteran el comportamiento del tejido atacado, y por ende afecta las premisas sobre las cuales basamos las estrategias de control aplicadas; el engaño de Botrytis también resta eficacia a nuestras aplicaciones, al implementar de paso una estrategia de evasión y degradación de endo y exotoxinas.
Según la distancia al sitio de ataque y el tiempo de exposición a las señales, las células circundantes cambian su funcionamiento, y forman “franjas” que se dispersan en forma más o menos radial, a partir del centro donde se ubica la hifa:
- células maceradas con hifas: zona alimentación hongo, sin estructuras ni metabolismo; sin transporte solo difusión; con degradación total de compuestos por oxidación, incluidas endo y exotoxinas
- células muertas sin hifa: zona de asilamiento y avance de las hifas; estructuras débiles pero presentes; sin metabolismo y solo transporte interno por difusión; oxidación casi total de compuestos y toxinas hidrofílicas, muy alta de lipofílicas.
- células en autofagia: estructuras presentes, parcialmente funcionales; solo metabolismo catabólico; transporte unidireccional en sentido opuesto a las hifas; degradación oxidativa alta de fungicidas y toxinas hidrofílicas y lipofílicas.
- células en muerte celular programada: células viables, pero no productivas; estructuras presentes y funcionales, metabolismo secundario mayor que primario, transporte activo multidireccional; degradación normal de endo y exotoxinas
- células en reprogramación SAR-SA: células viables y totalmente funcionales
- células sanas totalmente funcionales
Como puede inferirse de lo anterior, el flujo metabólico y de transporte se aleja del sitio de ataque, donde está ubicada la hifa, porque debido al engaño, las células del tejido atacado consideran que esa es la forma de aislarlo y evitar su avance, esto remueve las toxinas introducidas impidiendo que puedan alcanzar sus hifas y controlarlo, además las toxinas que ya estaban en las zonas invadidas, o recién introducidas en ella, no sujetas a remoción por transporte, pierden funcionalidad por la alta oxidación a que son sometidas en el medio celular alterado.
Perspectivas a futuro
Actualmente no disponemos de una herramienta contundente y sostenible contra este patógeno, pero aprender de él, y usar en su contra una estrategia similar a la que aplica, surge como idea muy sugestiva: No es pretender eliminarlo con una herramienta, es engañarlo y debilitarlo en momentos que no parecen relevantes; en otras palabras, pagarle con la misma moneda. Actualmente hay en desarrollo pruebas de productos y técnicas que pueden ajustarse a lo mencionado.
Síntesis melanina: Las conidias usan melanina para su protección contra estrés durante el letargo en la superficie; inhibir su síntesis disminuye la supervivencia y virulencia. El Tricyclazol, fungicida común en arroz, con resultados positivas en Botrytis cinerea, podría ser herramienta para aplicación pre cosecha, con efecto preventivo residual de 7 a 14 días. Hay varios compuestos usados en medicina cosmética que se basan en el bloqueo o degradación de melanina, y son fuente adicional de activos con fines de desarrollo
Bloqueo ácido oxálico: Como factor de virulencia el AO debilita paredes y libera calcio, es parte del truco da inicio a las defensas contra biotrofos; bloquearlo durante la penetración de la hifa no es letal, pero complica el entramado del engaño a la planta; es mejor el uso de calcio no quelatado ya que el AO no tiene la energía química para arrebatar el Ca a un quelato; su función es actuar como trampa. El calcio no es el único nutriente que puede cumplir esta función, fuentes de K como en NonStop harían algo similar, además de engañar al hongo por la alteración sensorial auto tóxica del entorno causada por el carbonato. Es aconsejable la aplicación en pre y post cosecha, preventiva, efecto 7 a 10 días
Inmovilización de enzimas: La hifa libera enzimas para degradar la cutícula, su inmovilización durante la penetración no es letal, pero dificulta el ingreso de la hifa restándole virulencia. En medicina humana usamos polímeros para capturar y retener enzimas temporalmente. Actualmente evaluamos el uso de polímeros lipofílicos reticulares, en aplicación preventiva, en pre y poscosecha.
Restricción uso de inductores SAR-SA: La estrategia engaño de Botrytis induce respuestas SAR-SA para evadir defensas y favorecer su infección; muchos productos de uso común en cultivos son inductores SAR-SA de efecto directo (fosfitos), e indirecto (Thiametoxam, Imidacloprid, Clotianidin, Triazoles), y de forma colateral a la respuesta buscada, inhiben la respuesta SAR-JA que controla necrótrofos. La idea no es renunciar a estos compuestos, sino limitar su uso en épocas de alta susceptibilidad a Botrytis, reemplazándolos por otras alternativas no asociadas a SAR-SA: Zosma (Dinotefuran) para trips, Meridian (Spriroxamina, Kresoxym) para mildeo polvoso.
Anti senescentes: La fisiología de la síntesis del etileno, es diferente a la de su percepción o sensibilidad, al menos en Botrytis, se ha puesto toda la atención en bloquear la síntesis, y poca en bloquear la sensibilidad; excelentes bloqueadores de síntesis de etileno no controlan botrytis, y el ácido salicílico es un gran ejemplo de ello. Varios anti senescentes hormonales como citoquininas, auxinas y oxilipinas pueden alterar señales de germinación y restar viabilidad al patógeno.
Cinética fungicidas: El cambio en el comportamiento de las células atacadas afecta la eficacia de los fungicidas, pero hoy poseemos mejor comprensión de su cinética, podemos manipular su modo de acción, y ubicarlo en lugar y tiempo para el control previo a la invasión de las primeras células. Con la tecnología de portadores lipofílicos, polímeros reticulares y aceites vegetales, no es complicado lograr que un fungicida curativo, aplicado en forma preventiva, “actúe” como producto de contacto residual, y pueda esperar y eliminar la hifa durante su penetración por la cutícula.
Inductores SAR-JA: No existe aún una oferta comercial de este tipo de productos. Su ingreso al mercado debería generar un cambio dramático en el manejo de esta enfermedad.