¿Sabías que hasta un 40 % de los cultivos del mundo se pierde por culpa de plagas y enfermedades? Las plantas representan la base de la alimentación humana a nivel mundial, ya sea de forma directa (>80 %; FAO 2023) o de forma indirecta como alimento de la producción ganadera. Entre el 20 y el 40 % de la producción se pierde cada año a consecuencia de enfermedades producidas por microorganismos patógenos y plagas de insectos. Aunque estos organismos solo buscan alimentarse y perpetuarse, suponen un gran reto para mantener la producción de alimento para la población humana. Así pues, este hecho supone una de las mayores dificultades para alcanzar el objetivo “Hambre cero” de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) que plantea la agenda 2030.
Para combatir los efectos negativos de plagas y enfermedades se utilizan diferentes métodos, incluyendo el uso de pesticidas químicos que, aunque eficientes, tienen un fuerte efecto negativo sobre el medio ambiente, entrando en conflicto con la vida en ecosistemas terrestres, también incluido entre los ODS. Otros métodos incluyen la manipulación genética vegetal a demanda, la cual, en ocasiones, se rodea de cierta controversia. Pues bien, en el grupo de investigación de “Inmunidad Vegetal Inducida por Glicanos” de la Universidad de León trabajan en una alternativa novedosa que puede contribuir a combatir las pérdidas agronómicas de forma inocua para el medio ambiente. ¿Cómo? Estimulando los sistemas de defensa que poseen las plantas de forma natural. Para entender esta estrategia, es clave conocer cómo se defienden las plantas de forma natural frente a los patógenos.
Las plantas y sus mecanismos de protección frente a otros organismos.
Las células de las plantas, a diferencia de las nuestras, poseen una estructura semirrígida que las rodea y les otorga forma, sostén y además funciona como una defensa física frente al medio externo. Esta estructura, conocida como pared celular, está detrás de que las plantas sean más o menos rígidas y robustas. Gran parte de la biomasa vegetal está formada por paredes celulares. La madera, por ejemplo, está compuesta por las paredes celulares de las células que formaron el tronco del árbol. Si vestimos una camisa de lino o algodón, llevamos puestas paredes celulares.
Estas paredes celulares están formadas por una compleja estructura de fibras con diferentes composiciones y funciones. La más conocida, la celulosa, forma un andamio principal que le da rigidez. Otros componentes, conocidos como hemicelulosas y pectinas, se encargan principalmente de conectar las fibras de celulosa entre sí y de formar una compleja red de fibras organizada en diferentes capas que da consistencia a la pared celular.
Estas fibras tan diversas ya se han utilizado anteriormente con numerosos fines. Por ejemplo, cuando escribimos sobre papel, estamos escribiendo sobre fibras de celulosa que formaron parte de las paredes celulares de las células que formaban la madera de un árbol. Más recientemente se plantearon incluso como una alternativa sólida a los combustibles fósiles. Todas estas fibras se conocen como polisacáridos, moléculas formadas por cadenas de muchas (poli-) unidades (mono-) distintas conocidas como monosacáridos. La clave de este trabajo está en moléculas formadas por unos pocos (oligo-) monosacáridos que forman cadenas cortas conocidas como oligosacáridos.
¿Y cómo encaja esto con nuestra historia? Pues bien, resulta que, cuando un microorganismo patógeno quiere infectar una planta para alimentarse de ella, necesita atravesar esta pared celular. Para ello, los microorganismos poseen unas herramientas moleculares conocidas como enzimas que funcionan como tijeras, cortando los polisacáridos que forman la pared celular para abrirse paso a través de ella. Al cortar estos polisacáridos se forman cadenas cortas de oligosacáridos, y aquí viene la clave: ¡Las plantas son capaces de detectar estos oligosacáridos!, lo cual hace saltar las alarmas de que están siendo atacadas y activan una compleja respuesta de contraataque conocida como Inmunidad Activada por Patrones (PTI, por sus siglas en inglés: Pattern Triggered Immunity). Funcionan de forma parecida al modo en que lo hacen las vacunas en humanos. En los últimos años, se han descrito numerosos de oligosacáridos de diferente composición que son detectados por las plantas como señales de alarma frente a microorganismos patógenos. Al activarse esta respuesta, la planta puede resistir el ataque del patógeno, haciendo que la infección sea solo casual. Y, aun así, las enfermedades producidas por la infección de estos patógenos suponen un problema para la agricultura.
Soluciones novedosas y sostenibles para proteger los cultivos.
Ahora viene lo más interesante. Tenemos que: la biomasa vegetal se compone principalmente de paredes celulares compuestas por polímeros. Esos polímeros se pueden cortar en oligosacáridos y los oligosacáridos pueden activar la inmunidad de plantas para hacer frente a los patógenos. ¿Y si le damos estos oligosacáridos a las plantas nosotros antes de que lleguen los patógenos y así, cuando lleguen, la planta ya esté preparada? Esta es la cuestión en la que se basan las investigaciones dirigidas por los doctores Hugo Mélida y Diego Rebaque en la Universidad de León.
Este grupo de científicos, por un lado, trabaja en la identificación de moléculas activadoras de inmunidad de plantas. Han descrito diferentes moléculas derivadas tanto de la pared celular de plantas como de microorganismos que, cuando son aplicadas a plantas, activan las señales de inmunidad. Los tratamientos con estas moléculas reducen en la planta los efectos de la infección con bacterias y hongos.
Una desventaja que presenta esta tecnología frente a los productos utilizados habitualmente es su alto coste actual de producción. Por eso, parte del trabajo de este grupo consiste en la búsqueda de fuentes rentables y la optimización de su obtención. Así, en sus últimas publicaciones han propuesto distintos materiales de plantas y algas generados como deshechos de otras industrias como fuente viable de estas moléculas activadoras de inmunidad de plantas. Además, han logrado su obtención mediante el uso de tecnologías “verdes” como la extracción con agua en condiciones subcríticas. Esta metodología de extracción utiliza únicamente agua bajo condiciones de alta presión y temperatura, haciendo que adquiera unas condiciones físicoquímicas especiales, evitando el uso de otros solventes utilizados habitualmente que generan residuos químicos a eliminar.
Esta tecnología ya está siendo testada en cultivos de alto interés agronómicos como el maíz o el trigo y promete ser una alternativa real para reducir el impacto ambiental de la agricultura sin detrimento de la producción. El uso de moléculas inocuas para el medio ambiente para mejorar las defensas de los cultivos frente a patógenos y la obtención de estos mediante técnicas “verdes” a partir de residuos vegetales de agricultura y otras industrias representa una oportunidad para mejorar la producción de cultivos un marco de economía circular.
Quizá, en un futuro no muy lejano, gracias a investigaciones científicas como esta, proteger nuestras cosechas y asegurar la alimentación de una población creciente sin destruir el planeta sea una realidad.
Referencias
- Fuertes-Rabanal, M., Rebaque, D., Largo-Gosens, A., Encina, A., & Mélida, H. (2025). Cell walls, a comparative view of the composition of cell surfaces of plants, algae and microorganisms. Journal of Experimental Botany, erae512. doi: 10.1093/jxb/eraf109
- Fuertes-Rabanal, M., Largo-Gosens, A., Fischer, A., Munzert, K. S., Carrasco-López, C., Sánchez-Vallet, A., ... & Mélida, H. (2024). Linear β-1, 2-glucans trigger immune hallmarks and enhance disease resistance in plants. Journal of Experimental Botany, 75(22), 7337-7350.
- Peláez, J., Frey, C., Rebaque, D., Vilaplana, F., Encina, A., & Mélida, H. (2025). Harnessing macroalgal cell walls to trigger immunity in Arabidopsis thaliana. Plant Stress, 15, 100783. doi: 10.1016/j.stress.2025.100783
- Greco, M., Kouzounis, D., Fuertes-Rabanal, M., Gentile, M., Agresti, S., Schols, H.A., Mélida, H. & Lionetti, V. (2024) Upcycling olive pomace into pectic elicitors for plant immunity and disease protection. Plant Physiol Biochem. 217, 109213.
- Rebaque, D., López, G., Sanz, Y., Vilaplana, F., Brunner, F., Mélida, H., & Molina, A. (2023). Subcritical water extraction of Equisetum arvense biomass withdraws cell wall fractions that trigger plant immune responses and disease resistance. Plant Molecular Biology, 113(6), 401-414.
- Rebaque, D., Del Hierro, I., López, G., Bacete, L., Vilaplana, F., Dallabernardina, P., ... & Mélida, H. (2021). Cell wall‐derived mixed‐linked β‐1, 3/1, 4‐glucans trigger immune responses and disease resistance in plants. The Plant Journal, 106(3), 601-615. doi: 10.1111/tpj.15185
Diego Rebaque Morán
Doctor en Biotecnología y Recursos Genéticos de Plantas y Microorganismos
Hugo Mélida Martínez
Doctor en Biología Molecular y Biotecnología (Universidad de León)
