Síntesis y evaluación de bibliotecas de productos de interés agrícola para combatir estreses bióticos y abióticos

Résumé

Con el calentamiento global y el cambio climático, las plantas se verán sometidas con más frecuencia a condiciones de estrés abiótico (sequía, salinidad, temperaturas extremas, etc) y biótico (patógenos, plagas), que supondrán una amenaza importante a la seguridad alimentaria global. Por otra parte, las normativas comunitarias para agroquímicos se han endurecido, y se necesitan nuevos compuestos con menor coste medioambiental. Una posible solución es el desarrollo de elicitores de las defensas naturales de las plantas, compuestos por lo general con bajo impacto ambiental, baja generación directa de resistencias, y que, en algunos casos, pueden trasmitir la resistencia a nuevas generaciones de las plantas. En esta tesis se ponen a punto modelos para estudiar la eficacia de compuestos de distintas quimiotecas como protectores frente al estrés salino (como ejemplo de estrés abiótico) y a la infección por el hongo Botrytis cinerea (como ejemplo de estrés biótico). Los modelos se pusieron a punto con plantas de tomate y con el elicitor menadiona sodio bisulfito (MSB), demostrándose que las condiciones desarrolladas son idóneas para estudiar la activación de defensas en los cribados de quimiotecas. Además, los resultados mostraron que el tratamiento radicular de MSB es eficaz para proteger a la planta de tomate contra el estrés salino (Capítulo 2, primera parte). El tratamiento con MSB aumenta el crecimiento y previene la pérdida de agua bajo condiciones de estrés salino, alivia la inhibición de la fotosíntesis inducida por sal, protegiendo a la maquinaria fotosintética de la planta, mejora su potencial antioxidante, regula la homeostasis iónica, y promueve cambios en la cinética de acumulación de prolina y ABA. El modelo de salinidad se ha usado para probar dos quimiotecas de compuestos con potencial actividad inductora de tolerancia, en concreto dipéptidos cíclicos y aminas (Capítulo 2, segunda parte). En la quimioteca de dipéptidos cíclicos, ninguno mostró una actividad inductora destacable, pero en la quimioteca de aminas se identificaron varios compuestos (Q2-16, Q2-15, Q2-14 y Q2-22) con una actividad elicitora de interés para un desarrollo comercial. Como paso preliminar para los estudios de protección frente al estrés biótico, se realizó realizado el cribado de diez quimiotecas con más de 100 productos de estructuras diversas para identificar compuestos con y sin acción antimicrobiana directa (Capítulo 3), con ensayos in vitro contra bacterias (Pseudomonas syringae) y hongos (Botrytis cinerea, Alternaria alternata y Fusarium oxysporum). Así se ha identificado un compuesto de tipo arilsulfonamida (Q3-37) con una actividad antibacteriana de interés contra Pseudomonas syringae (inhibición superior al 60%). También se han identificado varios compuestos activos contra Botrytis cinerea (productos Q3-36, Q3-73, Q3-54, Q3-87, Q3-89 y Q3-91), Alternaria alternata (productos Q3-36, Q3-73 y Q3-77) y Fusarium oxysporum (productos Q3-36 y Q3-73). El cribado permitió distinguir entre compuestos de interés como candidatos a fitosanitarios y aquellos con baja actividad antimicrobiana directa pero que podrían estudiarse como inductores de defensas naturales. Por otra parte, se desarrolló un sistema modelo para estudios de estrés biótico con B. cinerea (Capítulo 4, primera parte), con el que se demostró que el tratamiento radicular de MSB es eficaz para proteger a las plantas de tomate contra el patógeno y mejorar su crecimiento. Se comprobó que activa la expresión de genes de defensa, y aumenta la capacidad antioxidante aliviando el estrés oxidativo. A continuación, se estudió la actividad elicitora de las dos quimiotecas seleccionadas (dipéptidos cíclicos y aminas) con dicho modelo (Capítulo 4, segunda parte). Se han identificado compuestos con una actividad elicitora significativa: para la primera quimioteca, los compuestos Q2-1 (a 1 mM), Q3-78 (a 0.1 mM), Q2-6 (a 0.1 y 1 mM) y Q2-7 (a 0.1 y 1 mM), y para la segunda quimioteca los compuestos Q2-9, Q2-11, Q2-18 y Q2-23 (a 1 mM). Además, en todos los cribados se han establecido relaciones de estructura-actividad para el futuro diseño de generaciones de elicitores (o fitosanitarios) para desarrollo comercial.