Compuestos Volatiles de Las Plantas

Artculo de Revisin Rev. Fitotec. Mex. Vol. 30 (4): 327 351, 2007

Recibido: 23 de Febrero del 2006. Aceptado: 1 de Mayo de 2007.

COMPUESTOS VOLTILES DE PLANTAS. ORIGEN, EMISIN, EFECTOS, ANLISIS Y APLICACIONES AL AGRO

VOLATILE COMPOUNDS FROM PLANTS. ORIGIN, EMISSION, EFFECTS, ANALYSIS AND AGRO APPLICATIONS

J. Camilo Marn-Loaiza1 y Carlos L. Cspedes*1,2

1Laboratorio de Fitoqumica, Unidad de Biotecnologa y Prototipos, Facultad de Estudios Superiores Iztacala. Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Av. de Los Barrios 1. 54090, Tlalnepantla. Estado de Mxico, Mxico. Tel. (56) 4225-3256, Fax: (56) 4220-3046. 2Direccin Actual: Facultad de Cien-cias, Departamento Ciencias Bsicas, Universidad del Bio-Bio. Av. Andres Bello s/n, Casilla 447. Chilln, Chile. * Autor para correspondencia ([email protected])

RESUMEN

Las plantas producen y emiten numerosos compuestos voltiles orgnicos. Siempre se ha reconocido el olor que producen, por su importancia comercial y esttica, que liberan no slo de flores y fru-tos sino tambin de tejidos vegetativos. Desde hace mas de dos dca-das se ha establecido la influencia que ejercen los aromas sobre nu-merosas interacciones, en relacin con funciones fisiolgicas, ecolgi-cas y ms recientemente, atmosfricas. Generalmente estas mezclas estn conformadas por terpenos, derivados de cidos grasos y com-puestos aromticos. La importancia de los voltiles de plantas radica en que pueden actuar como seales para otros organismos, y an pa-ra la misma planta; adems, pueden ser exportados y modificar el entorno de las especies que los producen, sus vecinos y sus enemigos. Los voltiles qumicos sirven a las plantas para: reproduccin, al atraer polinizadores o dispersores de semillas; como defensa para repeler insectos o detener la colonizacin de bacterias y hongos fitopa-tgenos; para atraer enemigos naturales de herbvoros; y como men-sajeros intra- e interespecficos. Los progresos en las tcnicas de an-lisis, la biologa molecular y la bioqumica, han permitido elucidar vas biosintticas, enzimas y genes involucrados en la produccin y emisin de stos, lo que ha ayudado a conocer parcialmente la razn del porqu se producen este tipo de sustancias, el papel que desempe-an en la interaccin con otros organismos y con el medio. En esta revisin se ofrece una visin general de las propiedades de los volti-les producidos por las plantas y de las funciones que desempean en distintos niveles trficos.

Palabras clave: Biosntesis, interacciones planta-herbvoro, interac-ciones planta-planta, voltiles inducibles.

SUMMARY

Plants produce and emit large amounts of volatile organic com-pounds. The smell produced by plants has always been recognized for its commercial and aesthetic value and it is emitted not only from flowers and fruits, but also from vegetative tissues. Since approxima-tely two decades, the influence of these scents in a vast array of inte-ractions has been established carrying out physiological, ecological and more recently atmospheric functions. Generally these mixtures

consist of terpenes, fatty acid derivatives and aromatic compounds. One of the major volatiles role is their involvement as signals to ot-her organisms, and even for the same plant. Furthermore, they can be exported to modify the environment of the releaser species and influence the behavior of neighbors and enemies. Chemical volatiles have so many functions: in plant reproduction, attracting pollinators or seed dispersers; in chemical defense, repelling insects, avoiding bacterial or fungi phytopathogen colonization, attracting natural enemies of herbivores; or using them like intra and inter specific messengers. The progress on analytical techniques, molecular biology and biochemistry, have allowed the elucidation of biosynthetic path-ways, enzymes and genes involved in plant volatiles production and emission, helping to understand, partially, the reason why this kind of compounds perform an active role in organisms and environmental relationships. This review offers a general vision about properties of plant volatiles, including the function that these compounds accom-plish in several relationships at different trophic levels.

Index words: Biosynthesis, plant-herbivore interactions, plant-plant interactions, induced plant volatiles.

INTRODUCCIN

Una de las reas nuevas del conocimiento que ms de-sarrollo ha presentado en los ltimos tiempos es la ecolo-ga qumica, la cual se encarga de estudiar las interaccio-nes biticas mediadas por sustancias qumicas. Dichas in-teracciones son variables entre especies, as como los efec-tos ocasionados, y muchas de ellas estn asociadas con me-tabolitos constitutivos o inducidos como respuesta a un es-tmulo. Esos metabolitos, principalmente los secundarios, producen cambios morfolgicos y conductuales en los or-ganismos involucrados, ya sean plantas, animales o mi-croorganismos.

An no se ha elucidado completamente la razn por la que se producen los metabolitos secundarios (MS), ni los

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beneficios que producen a los organismos que los sinteti-zan. Sin embargo, a travs de la ecologa qumica se pue-de dar una explicacin racional, en parte satisfactoria, a la enorme diversidad qumica de metabolitos secundarios, especialmente en plantas (Harborne, 1988; Jolivet, 1998; Rosenthal y Berenbaum, 1991; Rosenthal y Berenbaum, 1992; Mori, 1999). El crecimiento de esta rama cientfica se debe principalmente a la importancia que se le ha brin-dado a las sustancias qumicas involucradas en interaccio-nes trficas con enfoque ecolgico y al avance de las tc-nicas qumicas para purificar y caracterizar estos productos naturales.

Entre las sustancias qumicas que median las relaciones biticas, los MS desempean un papel significativo, por no decir esencial, y son objeto de exhaustivos estudios por su gran nmero de aplicaciones en las industrias farmacolgi-ca, agrcola, etc. En las dos ltimas dcadas ha surgido inters por los MS voltiles debido a sus propiedades como atrayentes de polinizadores, y como seales para ubicar fuentes de comida, anidacin, cra, recompensa, feromo-nas, etc. (Knudsen et al., 1993). Estos voltiles estn al-tamente involucrados en las relaciones planta-herbvoro y planta-planta.

En este trabajo se sintetiza lo que se conoce hasta el momento de los voltiles, acerca de cmo son producidos y liberados, sus implicaciones ecolgicas, las interacciones en las que se ven comprometidos, y las propuestas para emplearlos en el control racional de plagas y en el mejo-ramiento de cultivos. Se omiten algunas sustancias volti-les de las cuales ya se han hecho amplias revisiones, como jasmonato de metilo, salicilato de metilo y etileno (Raskin, 1992; Kende, 1993; Creelman y Mullet, 1997; Kieber, 1997; DMaris et al., 1999; Bleecker y Kende, 2000; Wa-lling, 2000; De Bruxelles y Roberts, 2001; Gatehouse, 2002), y slo se har referencia de stas cuando sea perti-nente.

PORQU LAS PLANTAS PRODUCEN COM-PUESTOS VOLTILES?

Se ha demostrado la utilidad de los compuestos volti-les (CV) en la defensa, proteccin y comunicacin de las plantas. Pero, Ser sta la razn por la cual se producen? La funcin de los CV en las plantas no es generalizada ni universal. Si bien son emitidos por la mayora de stas, algunas especies no tienen dicha capacidad y sin embargo son exitosas en reproducirse y defenderse. Por ello se cree que no hay una razn especfica para que cada mezcla de CV sea emitida, sino ms bien se piensa que son liberados debido nicamente a sus propiedades voltiles per se y por ser productos que estn en exceso despus de haber cum-plido con los niveles requeridos para producir otros. La

utilidad de estas sustancias surge entonces a travs de la seleccin natural, ya que las emisiones de voltiles han si-do adaptadas de diferentes maneras para obtener un bene-ficio de ellas (Owen y Peuelas, 2005).

Peuelas y Llusi (2004) proponen una hiptesis que conjunta los hallazgos hechos por ellos mismos y por Ro-senstiel et al. (2004) y Niinemets et al. (2004), en la que sugieren que los organismos producen estos compuestos sin una finalidad dada, pero la evolucin los utiliza para convertirlos en tiles o no sin un papel adaptativo en parti-cular.

RUTAS BIOSINTTICAS, DIVERSIDAD QUMICA Y ENZIMAS IMPLICADAS

Los CV emitidos por plantas generalmente son mezclas

complejas de muchos compuestos orgnicos que represen-tan pequeas cantidades respecto al peso total de la planta. Conocidos tambin como aceites esenciales, aceites volti-les o esencias, por lo general son sustancias altamente lipo-flicas de bajo peso molecular, cuya volatilidad se debe a que se evaporan al ser expuestos al aire o a temperatura ambiente, por lo que sus presiones de vapor son altas (Vaughn, 2001; Pichersky, 2004; Dudareva y Negre, 2005).

Estos metabolitos son producidos por muchas especies vegetales, adems de musgos (Saritas et al., 2001), hongos (Rosecke et al., 2000) y bacterias (Fernando et al., 2005). Debido a que las plantas han sido y siguen siendo las ms estudiadas, se dar un enfoque especial a stas. Los vol-tiles de plantas son producidos principalmente en las flo-res, pero tambin se encuentran en los frutos, tallos, hojas y raz (Chen et al., 2004; Steeghs et al., 2004). Las esen-cias florales varan ampliamente entre especies, nmero, identidad y cantidades relativas de sus constituyentes (Du-dareva y Pichersky, 2000).

Su produccin ocurre en las mismas rutas biosintticas de metabolitos secundarios no voltiles, lo que explica su diversidad. Los terpenos son los CV ms relevantes, se-guidos de los derivados de cidos grasos (hidrocarbonos saturados e insaturados), bencenoides y fenilpropanoides, aunque tambin se han reportado sustancias azufradas y nitrogenadas (Knudsen, 1993; Dudareva et al., 2004).

Los voltiles de origen vegetal son producidos princi-palmente por tres rutas biosintticas (Figura 1). La prime-ra, conocida como la va de los cidos gra-sos/lipooxigenasa (Par y Tumlinson, 1996) o va de los voltiles de hojas verdes (VHV; en ingls GLV, green leaf volatiles) dan el olor caracterstico a stas. Son sintetiza-dos a partir del cido linoleico (cido (Z,Z)-9,12-

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octadecadienico) (AL) o cido -linolnico (cido (Z,Z,Z)-9,12,15-octadecatrienico) (ALN) y sus respecti-vos hidroperxidos (p. e., cido 13-(S)-hidroperoxi (9Z,11E,15Z) linolnico) que son fragmentados para for-mar dos compuestos: uno de 12 carbonos (cido 12-oxo-Z-9-dodecenico) y otro de seis ((Z)-3-hexenal), que median-te reordenamientos, reducciones o esterificaciones produ-cen una variedad de VHV (Par y Tumlinson, 1999) que incluye alcoholes como el (Z)-3-hexenol, aldehdos como el (Z)-3-hexenal y steres como el acetato de (Z)-3-hexenilo, todos ellos con seis tomos de carbono (C6) (Dudareva y Pichersky, 2000). Por esta va tambin se forman los jasmonatos (Creelman y Mullet, 1997; Beale y Ward, 1998). En general, los VHV son liberados cuando las hojas son daadas mecnicamente y cada compuesto voltil de seis carbonos (C6) tiene un olor caracterstico.

Las enzimas lipoxigenasa (LOX) e hidroperxido liasa (HL) son claves en la formacin de los VHV. Este siste-ma enzimtico (LOX y HL) se ha encontrado en t (Thea sinensis), unido a la membrana lamelar de los tilacoides en los cloroplastos. La actividad de estas enzimas cambia du-rante la estacin de crecimiento y parece estar relacionada con la temperatura y la radiacin solar (Hatanaka et al., 1987; Hatanaka, 1993).

La segunda ruta biosinttica para la sntesis de voltiles es la que da origen a los terpenos y se lleva a cabo a travs de dos vas, la del mevalonato y la del no mevalonato (Rohmer o de la deoxi-xilulosa-4-fosfato (DOXP)). La mayora de terpenos conocidos se deriva de estas vas, y son los homoterpenos (p. e., iononas, 6-metil-5-hepten-2-ona, geranil acetona), monoterpenos (p. e., linalool, limo-neno, mirceno, trans--ocimeno), sesquiterpenos (-farneseno, nerolidol, cariofileno) y diterpenos (cembreno, fitol) (Knudsen et al., 1993), que son las ms comunes, aunque los diterpenos debido a su baja volatilidad se en-cuentran en mucha menor proporcin (Loughrin et al., 1990). Ambas vas tienen como compuesto intermediario al isopentenil pirofosfato (IPP), y segn el sitio de sntesis dan origen a monoterpenos o a sesquiterpenos. As, si el IPP proviene del cido mevalnico, su sntesis ocurre principalmente en el citosol, para que luego dos molculas de IPP se condensen con una de dimetil-alil-pirofosfato (DMAPP) y formen el farnesil pirofosfato (FPP), el cual es precursor de todos los sesquiterpenos. Caso diferente ocurre con los monoterpenos, en el cual el IPP es sinteti-zado a travs de la DOXP en los compartimentos plasm-dicos, donde se transforma en su ismero DMAPP, y por la condensacin de una molcula de IPP con una de DMAPP se genera el geranil pirofosfato (GPP), precursor universal de los monoterpenos (Croteau, 1987; McGarvey y Croteau 1995; McCaskill y Croteau, 1998).

Algunas enzimas importantes en la produccin de los CV tipo terpeno son: hidroximetil-glutaril coenzima A re-ductasa (HMGCoAR), que es clave en la biosntesis de mevalonato, y las terpeno sintetasas (TS), familia de enzi-mas que cataliza la conversin de los intermediarios de la va de los terpenos [dimetil alil difosfato (C5), geranil di-fosfato (GPP C10), farnesil difosfato (FPP C15), geranil-geranil difosfato (C20)] en hemi, mono, sesqui, y diterpe-nos, respectivamente. Casi todos los productos de hemi, mono y sesqui sintetasas son voltiles a temperatura am-biente y presin atmosfrica, y se encuentran como com-ponentes clsicos de flores. Muchos ADNc correspon-dientes a genes de monoterpeno sintetasas (MTS) han sido clonados y caracterizados (Bolhman et al., 2000; Cheng, 2003b; Pichersky, 2004; Shimada et al., 2005). En el Cuadro 1 se muestran algunas enzimas involucradas en la produccin de VHV y terpenoides, aisladas de varias espe-cies.

Se conoce poco acerca del sitio de sntesis, pero se propone que se lleva a cabo en el citosol o en los peroxi-somas. Los resultados concernientes a las vas metablicas para bencenoides son contradictorios y sugieren que hay diferentes rutas en plantas, y an en la misma planta en funcin de sus condiciones fisiolgicas. El primer paso en la biosntesis de bencenoides es el que lleva a cabo la fenil-alanina-amonio liasa (L-PAL), al desaminar la fenilalanina para generar el cido cinmico (AC). Luego sigue la eli-minacin de dos carbonos de la cadena, usando al AC co-mo precursor. Para esto se han propuesto dos rutas; la va -oxidacin dependiente de CoA, anloga a la -oxidacin de cidos grasos, y la va alternativa independiente de CoA, no -oxidativa. El acortamiento de la cadena lateral puede ocurrir a travs de una combinacin de estas dos v-as, aunque no se ha resuelto ni el mecanismo ni las inter-conexiones entre los diferentes bencenoides. Boatright et al. (2004) investigaron las vas metablicas que producen los compuestos benzenoides en petunia (Petunia hybrida) cv. Mitchell (Solanaceae) y encontraron dos vas (la de-pendiente de CoA, -oxidativa y la independente de CoA, no -oxidativa) que contribuyen a su formacin (Boatright et al., 2004). Recientemente se mostr un avance en el conocimiento de la va biosntetica del cido saliclico (AS), precursor de un voltil como el salicilato de metilo, el cual se puede producir a partir de la fenilalanina va AC y cido benzoico; los estudios genticos con A. thaliana revelaron que el AS se sintetiza en los cloroplastos a partir del cido isocorsmico (Metraux, 2002).


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Cuadro 1. Algunas enzimas de plantas comprometidas en la biosntesis de voltiles de hojas verdes (VHV) y terpenos que han sido caracterizadas. Enzima Sustrato/producto Aislada de Referencia 9-Lipoxigenasa

cido linoleico, cido linolnico/ Acido 9 (S)-hidroperxi-(10E,12Z) octadecadienoico. (9-HPOD)

a) Corylus avellana b) Prunus dulcis

a) Santino et al., 2003. b) Mita et al., 2001.

13-Lipoxigenasa cido linoleico, cido linolnico/ cido 13-(S) hidroperoxi-(9Z,11E, 15Z) octadecatrienoico (13-HPOT)

Solanum tuberosum Santino et al., 2005. Len et al., 2002.

9-Hidroperxido liasa (9-HPOD) / cido 9-oxo-nonnico, 3-Z-nonenal

Cucumis melo Tijet et al., 2001.

9-Hidroperxido liasa

(9-HPOD) / (2E)-nonenal Prunus dulcis Mita et al., 2005.

13-Hidroperxido liasa cido 13-(S) hidroperxi-(9Z,11E) octadecadienoico (13-HPOD), (13-HPOT) / trans-2- hexenal

Capsicum annuum

Husson et al., 2002.

13-Hidroperxido liasa

(13-HPOD) / hexanal, cido 12-oxo-(9Z)-dodecenoico (13-HPOT) / 3-(Z)-hexenal, cido 12-oxo-(9Z)-dodecenoico

Medicago sativa

Noordermeer et al., 2000.

Mirceno/(E)--ocimeno sintetasa

Geranil Pirofosfato (GPP) / -mirceno, (E)--ocimeno Arabidopsis thaliana Bohlmann et al., 2000. Linalool sintetasa

Geranil Pirofosfato (GPP) / (-)-3R-linalool Geranil Pirofosfato (GPP) / (-)-3S linalool

a) Mentha citrata Ehrh b) Clarkia breweri

a) Crowell et al., 2002. Dudareva et al., 1996. b) Pichersky et al., 1995.

(E)--Farneseno sintetasa Farnesil Pirofosfato (FPP) / (E)--farneseno a) Mentha x piperita b) Citrus junos

a) Crock et al., 1997. b) Maruyama et al., 2001.

(3S)-E-Nerolidol sintetasa

Farnesil Pirofosfato (FPP) / (3S)-(E)-nerolidol

a) Cucumis sativus, Phaseolus lunatus b) Zea mays

a) Bouwmeester et al., 1999. b) Degenhardt et al., 2000.

Poco se conoce acerca del metabolismo y la fisiologa de voltiles, debido quizs a que las enzimas que los pro-ducen se encuentran en cantidad escasa (Schuurink et al., 2006). En la produccin y regulacin de esencias, algunos estudios con plantas modelo, como Clarkia breweri y Ant-hirrinium majus, permitieron aislar y caracterizar los genes que codifican la produccin de las enzimas involucradas directamente en la formacin de voltiles (Dudareva y Pi-chersky, 2000). De las flores de C. breweri se aisl la en-zima (S)-linaool-sintetasa (Pichersky et al., 1994; Pichers-ky et al., 1995; Dudareva et al., 1996; Pichersky y Gers-henzon, 2002; Pichersky, 2004), la cual es clave para la formacin del S-linalool a partir de GPP en tejidos flora-les. Tambin se aisl el gen especfico (Lis) que codifica dicha enzima. En otra especie relacionada (C. concinna) se mostr que el gen Lis se expresa en muy bajos niveles en los ptalos, por lo que se produce poca enzima y se sin-tetiza muy poco linalool que se emite slo en trazas (Pi-chersky, 2004).

De C. breweri se aislaron y caracterizaron los genes de las enzimas: S-adenosil-L-metil (iso) eugenol-O-metil-transferasa (IEMT) que cataliza el paso final en la forma-cin de metil-eugenol o metil-isoeugenol, al utilizar como sustrato a eugenol o isoeugenol, respectivamente (Wang et al., 1997; Wang y Pichersky, 1998); la acetil-CoA bencil alcohol acetil transferasa (BEAT), purificada de ptalos y responsable de la produccin de acetato de benzilo a partir de alcohol benclico (Dudareva et al., 1998a; Dudareva et al., 1998b), y la S-adenosil-L-metionina: cido saliclico carboxi-metiltransferasa (SAMT), de la cual se conoce su estructura cristalina (Zubieta et al., 2003) y que produce salicilato de metilo mediante la esterificacin metilca del cido saliclico (Dudareva et al., 1998b; Ross et al., 1999). De flores de A. majus se aisl la S-adenosil-L-metionina: cido benzoico carboxil metiltransferasa (BAMT), la ltima enzima en la biosntesis del benzoato de metilo que cataliza la transferencia del grupo metilo de la SAM al grupo carboxilo del cido benzoico (Dudareva et al., 2000; Dudareva y Pichersky, 2000; Murfitt et al.,


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2000; Kolosova et al., 2001; Pichersky y Gershenzon, 2002; Effmert et al., 2005) (Cuadro 2).

TCNICAS DE ANLISIS

Varias metodologas para el aislamiento y separacin de voltiles presentan la ventaja de producir grandes canti-dades de material, pero dificultan la determinacin de los voltiles que componen las mezclas. Por ejemplo, el ma-terial capturado slo es una fraccin porque la otra escapa, de manera que se permitan determinar los voltiles pre-sentes en el tejido pero no necesariamente los emitidos; se extraen mezclas complejas de compuestos voltiles y no voltiles, por lo que se requiere de numerosos pasos para obtener compuestos puros, lo que eleva los costos y los tiempos de preparacin (Knudsen, 1993; Millar y Haynes, 1998; Agelopoulos et al., 1999; Vainstein et al., 2001; Vaughn, 2001).

Las dificultades anteriores se han solucionado con la

tcnica de cromatografa de gases (CG) headspace (De-wulf et al., 2002), porque permite determinar los tiempos en los que salen stos de la columna (tiempo de retencin) y se pueden acoplar a un espectrmetro de masas (CG-EM). Sus desventajas son que requieren cantidades consi-derables de material, y tiempos muy largos de muestreo

(Agelopoulos y Pickett, 1998; Ruther y Hilker, 1998; Du-dareva y Pichersky, 2000). La comparacin del espectro de masas de cada componente de la mezcla con los que se tienen en bases de datos, permite su identificacin (Adams, 1995; Ruther, 2000). Una modificacin de la CG permite el calentamiento de pequeas muestras de tejido en el in-yector y la desorcin trmica de los voltiles atrapados. Cuando la recoleccin de voltiles y la unidad de desorcin trmica son combinadas en un solo instrumento acoplado a CG o CG-EM, el mtodo se conoce como anlisis de pur-ga y trampa. Como desventaja de la tcnica de desorcin se encuentra la posibilidad de que se degraden los com-puestos termolbiles y produzcan datos falsos (artefactos) (Millar y Haynes, 1998).

Otra tcnica es la micro-extraccin en fase slida (Solid Phase Microextraction, SPME) (Matich et al., 1996), que permite la captura de voltiles de diferentes muestras (agua, aire, suelo) y su identificacin sin emplear solventes (Agelopoulos y Pickett, 1998; Millar y Haynes, 1998; Bar-tk et al., 2003; Flamini et al., 2003). Recientemente se ha inventado un equipo que puede ser llevado a condicio-nes naturales y permite repetir los anlisis en intervalos cortos, adems de recoger y separar los voltiles, que es conocido como zNoseTM (Kunert et al., 2002).

COOH

COOH

OOH

C

O

OH

O

Dixido de carbono

GlucosaGluclisis

Va pentosa fosfato Gliclisis

Eritrosa-4-fosfato

Va cidoshikimico

Gliceraldehdo-3-P

Va DOXP

Acetil Coenzima A

Va mevalonato

IPP(isopentenil pirofosfato)

farneseno cariofileno

CH2O H

CHO

Va cidos grasos

Lipooxigenasa cido linolnico

cido13-Hidroperoxilinolnico

3-Z-hexenal

Va voltiles de hojas verdes

cido 7-iso-jasmnico

2-E-hexenal3-Z-hexenol

3-E-hexenolCH2OH

CH2OH

2-E-hexenol

CHO

OPP

Piruvato

1-Deoxi-D-xilulosa-5-fosfato

cido shikimico

cido corsmico

cido cinmico

COOH COOCH3

COOH

OH

COOH

OCH3

cido benzico

cido saliclico Salicilato de metilo

Benzoato de metilo

Ocimeno linalool

OHIndol

NH

dimetil-nonatrieno

Figura 1. Rutas biosintticas para la sntesis de compuestos voltiles en plantas. ( : varios pasos).


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Cuadro 2. Algunas enzimas de plantas que han sido caracterizadas y que se encuentran comprometidas en la biosntesis de bencenoides. Enzima Sustrato/producto Aislada de Referencia

Acetil-CoA:bencil alcohol acetiltransferasa (BEAT)

Alcohol benclico / acetato de bencilo

Clarkia breweri

Dudareva et al., 1998a. Dudareva et al., 1998b.

S-adenosil-L-metionina: cido saliclico car-boxi metiltransferasa (SAMT)

cido saliclico / salicilato de metilo

a) Clarkia breweri b) Stephanotis floribunda c) Antirrhinum majus d) Atropa belladonna

a) Dudareva et al.,1998b. Ross et al., 1999. b) Pott et al., 2003. Pott et al., 2004. c) Negre et al., 2002. d) Fukami et al., 2002.

S-adenosil-L-metionina: cido benzoico car-boxi metiltransferasa (BAMT) Benzoil-CoA: bencil alcohol benzoil transfe-rasa (BEBT)

cido benzoico / benzoato de metilo Alcohol benclico +benzoil CoA / benzoato de bencilo

a) Antirrhinum majus b) Petunia hybrida Clarkia breweri

a) Dudareva et al., 2000. Dudareva y Pichersky, 2000. Murfitt et al., 2000. b) Negre et al., 2003. D'Auria et al., 2002.

Orcinol O-metil transferasa (OMT)

Orcinol / dimetoxitolueno

Rosa hybrida

Lavid et al., 2002.

S-adenosil-L-metionina: (iso)eugenol O-metiltransferasa (IEMT)

Eugenol, isoeugenol / metileugenol, iso-metileugenol

Clarkia breweri

Wang et al., 1997. Wang y Pichersky, 1998.

S-Adenosil metionina: acido benzoico / cido saliclico carboxi metiltransferasas (BSMT)

cido saliclico/ salicilato de metilo Acido benzoico / benzoato de metilo

a) Nicotiana suaveolens b) Arabidopsis thaliana y A. lyrata

a) Pott et al., 2004. b) Cheng et al., 2003a.

Indol-3-glicerol fosfato liasa (IGL) Indol-glicerol-3-fosfato / indol Zea mays Frey et al., 2000.

Para el anlisis de voltiles emitidos por muestras en

las cuales la determinacin es complicada (p. e., la rizos-fera, hongos endfitos), se ha desarrollado una tcnica de-nominada reaccin de transferencia de un protn por es-pectrometra de masas (proton transfer reaction mass-spectrometry, PTR-MS) cuyo principio es ionizar las mo-lculas orgnicas en fase gaseosa al hacerlas reaccionar con H3O+ para formar molculas MH+ (donde M es la molcula orgnica neutra), para luego ser detectadas por un analizador de masas (Ezra et al., 2004; Steeghs et al., 2004).

Aunque es importante conocer la composicin qumica de las mezclas de voltiles emitidos por plantas, tambin es necesario conocer la respuesta que ocasiona un estmulo qumico en otras especies, como los insectos. Para deter-minar esto se emplean principalmente dos tcnicas; la pri-mera conocida como CG-EM-DEA (en ingls GC-MS-EAD; deteccin electroantenogrfica acoplada a cromato-grafa de gases-masas) (Weibecker et al., 1997; Abassi et al., 2000; Raguso, 2001), que consiste en registrar los cambios de voltaje que se presentan entre la punta y la ba-se de la antena del insecto durante la estimulacin produci-da por una mezcla de voltiles. La mezcla de voltiles se inyecta luego en la columna de CG para separarla en sus

componentes; la mitad del eluyente en la columna se dirige al detector CG, y la otra mitad pasa simultneamente sobre la antena, lo que permite que ambos sean monitoreados por CG-EM (Arn et al., 1975; Bruce et al., 2005).

La segunda tcnica SCR-GC (Single Cell Recording-Gas Cromatography) utiliza una sola celda sensorial unida a un cromatgrafo de gases (SCR-GC), y toma los regis-tros electrofisiolgicos de las respuestas olfativas a los vo-ltiles de plantas, por lo que aporta mucha ms informa-cin que la anterior (Wadhams, 1982; Wibe, 2004). El trabajar conjuntamente la identificacin de los componen-tes de las mezclas de voltiles con los efectos que ocasio-nan en los insectos, permitir profundizar en los mecanis-mos que median en estas interacciones.

REGULACIN DE LA EMISIN

Debido a la variabilidad en cantidades, tiempos y teji-dos de emisin de voltiles, es de suponer que las plantas poseen mecanismos de control que regulan cundo, dnde y cules sustancias producir (Peuelas y Llusi, 2001; Vaughn, 2001; Peuelas y Llusi, 2003; Dudareva et al., 2004; Dudareva y Negre, 2005).


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Las emisiones resultan de la difusin de los voltiles a travs de un gradiente de presin de vapor, desde los com-partimentos celulares, donde hay relativamente altas con-centraciones, al aire que rodea la hoja donde la concentra-cin es relativamente baja (Peuelas y Llusi, 2003). Las tasas de emisin de voltiles de plantas estn influenciadas en mayor o menor grado por una gran cantidad de factores que pueden alterar ya sea la sntesis, la presin de vapor o su difusin a la atmsfera. Estos son clasificados en dos grupos principales: a) Genticos y bioqumicos, y b) Ex-ternos, subdivido a su vez en biticos y abiticos (Figura 2). Los del primer grupo determinan la produccin y emi-sin de voltiles porque regulan los niveles de enzima res-ponsable del paso final en la biosntesis y la disponibilidad del sustrato en la clula, y hacen que las emisiones sean altamente especficas y regidas por el desarrollo de la plan-ta; generalmente es en los estados tempranos cuando hay ms emisin: en las flores a punto de ser polinizadas, en las hojas jvenes y en los frutos inmaduros (Dudareva et al., 2004; Dudareva y Negre, 2005).

Entre los factores abiticos se encuentran: temperatu-ra, luz, disponibilidad de agua, humedad y ozono; otros factores son: viento, granizo y la operacin de cosecha, que inducen la produccin de voltiles cerca del lugar del dao, y afectan las estructuras de almacenamiento y permi-ten la volatilizacin de los compuestos almacenados, lo que conlleva a una emisin ms larga, perdurable y aumentada (Peuelas y Llusi, 2001). Para determinar la influencia de los factores abiticos en la produccin de voltiles induci-dos, Gouinguen y Turlings (2002) hicieron un experimen-to con maz (Zea mays L.), donde descubrieron que la humedad del suelo, la temperatura, la luz y la tasa de ferti-lizacin causaban cambios significativos en las proporcio-nes de los compuestos presentes en las mezclas emitidas.

Los factores externos biticos son ocasionados por la interaccin con animales, plantas y microorganismos, ya que los compuestos producidos son empleados para la de-fensa, disuasin o atraccin de polinizadores. Los volti-les de flores, hojas no daadas y hojas atacadas por herb-voros, a menudo exhiben patrones de emisin distintos en-tre s (De Moraes et al., 2001; Arimura et al., 2004; Du-dareva y Negre, 2005).

La compleja red de factores, sus interacciones y las di-ferentes respuestas inducidas con los voltiles, conducen a una amplia variabilidad cualitativa y cuantitativa, espacial y temporal de las emisiones. stas a su vez tienen fuerte relevancia en la fisiologa de las plantas y su ecologa, la qumica atmosfrica y el clima (Peuelas y Llusi, 2001; Peuelas y Llusi, 2003). Algunos genes involucrados en la formacin de los voltiles se han aislado y caracteriza-

do, pero no es suficiente la informacin acerca del trfico de compuestos entre compartimentos, la liberacin de los mismos, su mecanismo y regulacin (Dudareva et al., 2004); pero esto puede ser el primer paso para elucidar cmo se regula la sntesis de voltiles (Dudareva y Negre, 2005).

PROPIEDADES

Los CV juegan un papel preponderante en el ciclo de vida de las plantas al transmitir y proporcionar informa-cin con el ambiente que las rodea; poseen propiedades tan diversas que generan redes interactivas muy complejas, con implicaciones ecolgicas, fisiolgicas y atmosfricas (Peuelas y Llusi, 2001; Holopainen, 2004). A continua-cin se describen algunas propiedades que presentan, los efectos que ocasionan y las interacciones en que estn in-volucrados. En la Figura 3 se encuentran ilustradas dichas propiedades.

Atrayentes de polinizadores

La relacin mutualstica entre plantas est mediada por

factores bioqumicos, como la esencia, el color de las flo-res y el valor nutricional del polen y nctar. Los MS son protagonistas destacados en esta interaccin al proporcio-nar las seales adecuadas. Los azcares, aminocidos y lpidos en el polen y el nctar sirven como recompensa nu-tricional (Harborne, 1988; Harborne, 2001).

Se supone que el principal motivo por el cual un insec-

to se aproxima a una flor es el olor, determinado por las mezclas de compuestos voltiles. Los insectos tienen los medios (antenas y partes bucales) para detectar pequeas concentraciones de tales voltiles y presentar respuestas especficas a ellos. Por ello se piensa que estos compues-tos fueron diseados para atraer polinizadores, pero son pocas las pruebas cientficas al respecto (mura et al., 2000; Harborne, 2001; Raguso, 2001; Pichersky, 2004).

Un ejemplo del papel de los voltiles florales en la atraccin de polinizadores son las orqudeas del gnero Ophrys, que slo son polinizadas por abejas macho del g-nero Andrena que son atrados por el olor de la flor y transfieren el polen durante la pseudo-copulacin. Aqu tales voltiles de flores simulan feromonas femeninas para inducir la pseudo-copulacin de la flor por la abeja macho, adems de que la orqudea tiene la misma forma y color que la abeja hembra. Es decir, hay correspondencia entre los constituyentes de la flor y las feromonas voltiles de la hembra. En O. lutea, el 1-octanol, el acetato de decilo y el linalool son constituyentes comunes de los voltiles flo-rales y de las feromonas de estas abejas (Borg-Karlson y Tengo, 1986).


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Figura 2. Factores que afectan las emisiones de voltiles. Los genticos y bioqumicos a la izquierda y los externos (biticos y abiticos) a la derecha.


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Figura 3. Propiedades reconocidas para los voltiles de plantas.

Las flores de O. sphegodes producen los mismos com-puestos y casi en la misma proporcin que tienen las fero-mnas de la abeja A. nigroaenea, especie que la poliniza; en este caso, el olor de la flor result ser la seal ms im-portante que dispara la pseudo-copulacin y los compues-tos que lo constituyen son largas cadenas de hidrocarburos saturados e insaturados. Muchas especies de Ophrys que son polinizadas por abejas macho producen constituyentes feromonales particulares que atraen recprocamente a es-pecies del gnero Andrena (Schiestl et al., 1999). Ade-ms, se ha demostrado que la concentracin de trans-hexanoato de farnesilo aumenta despus de la polinizacin, aumento que quizs sea una seal que gua a los poliniza-

dores haca las flores y represente un mecanismo para in-crementar el xito reproductivo (Schiestl et al., 1997; Schiestl y Ayasse, 2001).

En insectos nocturnos como polillas y otros animales, en los que el estmulo visual est ausente, el olor es de es-pecial importancia (Vainstein et al., 2001). Un ejemplo son los murcilagos, y las flores que polinizan presentan caractersticas tpicas, como abrir durante la noche y ce-rrar durante el da, ser ricas en polen y nctar, y carecer de colores brillantes. A menudo su ubicacin dentro de la planta es solamente de exposicin. Estas flores liberan esencias que se consideran desagradables, diferentes a los


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de flores polinizadas por abejas, polillas o moscas. En es-tas mezclas de voltiles con mal olor se encuentran com-puestos azufrados (di y trisulfuros), isoprenoides (limone-no, -pineno), monoterpenos (1,8-cineol) y sesquiterpenos (cariofileno) (Bestmann et al., 1997). Tambin existen mezclas con olores desagradables debido a algunas aminas, como el de la carroa, heces o materia en descomposicin, que atraen escarabajos y mosquitas del estircol. Estas ltimas polinizan a la planta Arum maculatum al sentirse atradas por el indol y el p-cresol que produce la planta, que comnmente contribuyen al olor del estircol, lugar donde la mosquita se alimenta (Kite, 1995). Las plantas Sauromatum guttatum (Borg-Karlson et al., 1994), Hera-cleum sphondylium, y Helleborus foetidus tambin liberan olores aminoides no placenteros (Harborne, 1988). En cambio, los olores agradables generalmente contienen mo-no, sesquiterpenos o sustancias aromticas o alifticas.

Seleccin y localizacin del hospedero

Las flores pueden ser atractivas para los insectos como comida, como lugar de apareamiento, para ovopositar o como refugio. Los insectos aprenden a reconocer el olor emitido por las flores y este factor es el principal respon-sable del fenmeno de constancia en flores, que conduce a la fidelidad de un polinizador o insecto para visitar regu-larmente a un nmero limitado de especies vegetales. Tal fidelidad es guiada por la morfologa de la planta, el olor y el color de los ptalos, de modo que los insectos limitan su atencin a unas pocas o nicas especies (Harborne, 2001).

Los insectos fitfagos varan desde los que se alimentan en slo una o pocas especies, a los generalistas que se ali-mentan de un amplio rango de plantas. Cada insecto tiene la capacidad de discernir entre la planta hospedera y las que no lo son. La seleccin de un hospedero involucra escoger una planta dentro de un grupo de especies, apro-piada para alimentarse de ella, sobrevivir y desarrollarse. Los insectos hacen uso de una gran variedad de modalida-des sensoriales y la integracin de seales visuales, olfato-rias y gustativas, que les permite orientarse y encontrar hospederos apropiados. Dentro de los factores visuales para elegir una planta estn el color, la forma y el tamao; otros factores pueden ser la qumica superficial de las hojas y quizs sus caractersticas fsicas.

El factor que quizs influya ms en la seleccin son los CV emitidos por la planta, aunque hay autores que no con-cuerdan con esta aseveracin (Finch y Collier, 2000). El reconocimiento de flores por medio de sus CV puede de-berse a un solo compuesto o bien de una mezcla especfi-ca, que son percibidos por los rganos receptores de los insectos y procesados en el sistema nervioso central. Hay diversas teoras acerca de la localizacin de hospederos

mediante voltiles (Finch y Collier, 2000); una de las que tiene mayor aceptacin indica que la localizacin se da por el reconocimiento de mezclas de compuestos en diferentes proporciones, ms que por el reconocimiento de un com-puesto especfico (Bruce et al., 2005).

Los insectos pueden localizar las plantas apropiadas a travs de la deteccin de la seal en un rango de concen-traciones, a una distancia dada y la diferenciacin de tal seal en un fondo olfativo ruidoso (otras emisiones), y por la codificacin y recuperacin de la informacin para con-firmar que la planta es la correcta (Raguso, 2001). Por la importancia de las seales olfativas, ms que un nico fac-tor determinante, la eleccin de una planta se debe a la combinacin de varios factores (Bernays y Chapman, 1994).

Se han hecho muchos anlisis de EAG de la respuesta de los herbvoros a los olores de plantas, pero muy pocos en polinizacin y fragancias florales. La escasa literatura disponible sugiere que muchos insectos pueden detectar los voltiles de la planta en concentraciones significativas, pe-ro la fisiologa olfatoria de muchos polinizadores permane-ce sin ser estudiada. An quedan muchas preguntas sin respuesta, como: Cules son las respuestas que ocasionan los voltiles en los polinizadores? Cules son los com-puestos implicados? Slo son atrayentes para determina-das especies? (Raguso, 2001).

Defensas de la planta

Estas defensas se pueden clasificar de dos formas; las

fsicas que proporcionan barreras mecnicas (modificacio-nes morfolgicas, como espinas, pas, tricomas, migra-cin de semilla a nuevos hbitats, o reemplazo de partes), y las de ndole bioqumica que atacan directamente al inva-sor (produccin de toxinas, alteracin de componentes qumicos en tejidos de la planta, emisin de voltiles para atraer depredadores o parasitoides). La defensa qumica implica producir una variedad apreciable de MS. La ma-yora de estos MS son considerados como agentes de pro-teccin porque son txicos para muchos insectos y mi-croorganismos y evitan las infestaciones masivas, el con-sumo excesivo y restringen el dao. Los MS presentan una gran diversidad estructural, y los terpenos, alcaloides, y fenilpropanoides son los ms comunes (Baldwin et al., 2001; Snchez-Serrano, 2001; Kessler y Baldwin, 2002; Schardl, 2002). En esta revisin se har especial nfasis en los CV empleados como repelentes, antimicrobianos (bacterias y hongos) e inhibidores de la germinacin, o bien indirectamente como atrayentes de parasitoides o de-predadores.


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Defensa directa. Se refiere a los rasgos de la planta que confieren resistencia al ataque por artrpodos o mi-croorganismos, como espinas, tricomas y metabolitos pri-marios y secundarios. Las defensas directas no son las ms apropiadas en cuestiones de costos, ya que conllevan grandes cargas metablicas y disminuyen la adaptabilidad de la planta (Kessler y Baldwin, 2002).

Los VHV son los compuestos que se liberan ms rpi-damente al producirse un dao, y poseen diversas activida-des biolgicas (bactericidas, fungicidas e insecticidas) en bajas concentraciones. Su rpida emisin y pronta decli-nacin, sugieren una defensa voltil directa contra enemi-gos que se posan en la planta (Agelopoulos et al., 1999). Los compuestos liberados al momento del dao varan en funcin de la planta y del insecto o microorganismo, aun-que la inducida por microorganismos ha sido la menos es-tudiada (Par y Tumlinson, 1999). Los voltiles estn in-volucrados en la defensa contra bacterias, hongos (Hamil-ton-Kemp et al., 1992; Croft et al., 1993; Deng et al., 1993; Zeringue et al., 1996; Friedman et al., 2002; Hammer et al., 2003; Sridhar et al., 2003; Faleiro et al., 2005; Kim et al., 2005), insectos fitfagos (Hildebrand et al., 1993), en la acumulacin de fitoalexinas sesquiterp-nicas en cpsulas de algodn (Gossypium hirsutum L.) (Zeringue, 1992), y en la actividad inhibitoria de la germi-nacin de semillas y el crecimiento (Bradow y Connick, 1988a; Bradow y Connick, 1988b; Connick et al., 1989; Gardner et al., 1990; Bradow, 1991). Igualmente, el trans-2-hexenal est comprometido en la expresin de ge-nes involucrados en la respuesta de defensa de Arabidopsis (Bate y Rothstein, 1998).

Muchas plantas emiten voltiles al ser daadas, y en otras ayudan a que la planta se defienda, como es el caso de Nicotiana tabacum que libera voltiles durante da y noche cuando es atacada por herbvoros. Muchos voltiles son exclusivos de emisiones nocturnas y resultan repelen-tes para las hembras de Heliothis virescens que depositan sus huevecillos durante la noche. En la mezcla diurna de voltiles de N. tabacum se determin la presencia de (E)--ocimeno, linalool, -cariofileno, -humuleno, (E,E )- -farneseno y un sesquiterpeno no identificado. En la emisin nocturna se identificaron adicionalmente a cinco compuestos: (Z)-3-hexen-1-ol, (Z)-3- butirato de hexenilo, (Z)-3-isobutirato de hexenilo, (Z)-3-acetato de hexenilo y (Z)-3-tiglato de hexenilo. Slo un compuesto no identifi-cado se produjo exclusivamente durante la noche. El (E)-2-hexenal y otros tres compuestos no identificados fueron producidos en cantidades mucho mayores en la noche que en el da (De Moraes et al., 2001; Ryan, 2001; Pichersky, 2004).

La liberacin de voltiles por una planta despus de haber sido atacada por herbvoros puede influir en las tasas de ovoposicin y depredacin. En el estudio de Kessler y Baldwin (2001), los voltiles inducidos por M. quinquema-culata (Lepidoptera, Sphingidae), Dyciphus minimus (Heteroptera, Miridae) y Epitrix hirtipennis (Coleoptera, Chrysomelidae) al consumir las hojas de Nicotiana atte-nuata Torr. Ex Wats (Solanaceae), disminuyeron la tasa de ovoposicin de M. quinquemaculata en plantas atacadas por orugas. El linalool aislado de la mezcla tambin pro-dujo una disminucin considerable en la descarga de hue-vos. As, al emitir los voltiles la planta emplea una de-fensa directa, que junto con la indirecta puede alcanzar al-tos niveles de efectividad (Kessler y Baldwin, 2001; Pi-chersky y Gershenzon, 2002).

Los VHV generados por el dao en papa (Solanum tu-berosum cv. Desiree) funcionan como defensa directa contra fidos. Mediante modificacin gentica se obtuvo una papa que produce bajos niveles de voltiles al reducir la cantidad de la enzima HL que cataliza la formacin de aldehdos y oxocidos voltiles. Los fidos (Myzus persi-cae) que se alimentaron de las plantas modificadas fueron aproximadamente dos veces ms fecundos que los que se alimentaron en plantas no transformadas, lo que mostr el impacto negativo de los compuestos derivados de HL sobre el desarrollo de fidos (Vancanneyt et al., 2001). Tam-bin se mostr que plantas transgnicas de Arabidopsis thaliana que sobreexpresan la linaool/nerolidol sintetasa de fresa (FaNES1) pudieron repeler al fido Myzus persicae, y esto constituye el primer ejemplo de reduccin de herbi-vora por mejoramiento de los voltiles (Aharoni et al., 2003, Dudareva y Negre, 2005).

La presencia de voltiles que contrarrestan invasores y colonizadores es clara, pero es importante determinar qu tan efectivos son en tiempo real, cunto sirven a la planta en el momento del dao, cules son sus costos y sus bene-ficios, y cmo es la defensa directa en condiciones natura-les.

Defensa indirecta (mediante atraccin de enemigos naturales). Despus de haber sido atacada por un herb-voro, la planta libera voltiles de las estructuras secretoras internas y externas donde los sintetiza y almacena. Otros compuestos voltiles son formados al momento del dao (aldehdos y alcoholes C6, VHV) o sintetizados de novo a horas o das despus del dao (generalmente terpenos) (Mattiacci et al., 1995; Rose et al., 1996). Los inducidos horas o das despus de iniciado el dao estn ligados con la defensa indirecta, porque atraen parasitoides o depreda-dores de los herbvoros que la estn consumiendo, al fun-cionar como seales de comunicacin en interacciones tri-trficas que aumentan el xito de la bsqueda de alimento


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por parte de los carnvoros y facilitan el control de las po-blaciones de herbvoros por la planta (Kessler y Baldwin, 2001).

Los voltiles orgnicos emitidos son seales que indi-can a los depredadores y parasitoides que una planta est siendo atacada. Igualmente, las plantas pueden proporcio-nar alimento (nctar extrafloral o polen) y refugio en es-tructuras especializadas a los enemigos de los herbvoros (Kessler y Baldwin, 2001). La atraccin de parasitoides se ha demostrado en numerosos experimentos de laboratorio (Scutareanu et al., 1997; Du et al., 1998; Birkett et al., 2003; Bukovinszky et al., 2005; Lou et al., 2005), y en condiciones naturales (Drukker et al., 1995; Shimoda et al., 1997; Thaler, 1999; Kessler y Baldwin, 2001; Heil, 2004), como ilustraron Kessler y Baldwin (2001) al cuanti-ficar las emisiones voltiles producidas por el ataque de tres especies de herbvoros que se alimentaron de hojas de Nicotiana attenuata Torr. Ex Wats (Solanaceae) que crec-an en el desierto de Utah. De las mezclas emitidas, tres compuestos (cis-3-hexen-1-ol, linalool y cis--bergamoteno) incrementaron las tasas de depredacin de huevos de Manduca sexta por el generalista Geocoris pa-llens (Heteroptera, Geocoridae); la planta pudo as reducir el nmero de herbvoros al influenciar sus tasas de ovopo-sicin y depredacin (Kessler y Baldwin, 2001).

Un ejemplo claro de la interaccin tritrfica de volti-les inducidos que atraen parasitoides, es el sistema Zea mays-Spodoptera exigua-Cotesia marginiventris (Gesson), en el que el insecto S. exigua induce en Z. mays la libera-cin de voltiles, y stos atraen a la hembras de la avispa C. marginiventris que ovipositan en el interior de la larva; as, cuando los huevos eclosionan y las cras emergen, s-tas se alimentan de la larva y la matan (Tumlinson et al., 1993). Los compuestos semioqumicos voltiles responsa-bles de atraer a las hembras del parasitoide y que fueron liberados por el maz en cantidades significantes, fueron ((Z)-3-hexenal, (E)-2-hexenal, (Z)-3-hexen-1-ol, acetato de (Z)-3-hexen-1-ilo, 3-(E)-4,8-dimetil-1,3,7-nonatrieno, in-dol, -trans-bergamoteno, (E)--farneseno, (E)-nerolidol y 3E,7E4,8,12 trimetil 1,3,7,11 tridecatetraeno). Las avispas fueron ms atradas por las plantas daadas por herbvoros, ya que las plantas sin dao slo liberan peque-as cantidades de algunos de estos compuestos. El que las plantas sin dao sean casi inodoras puede ser una caracte-rstica que las hace discretas para los herbvoros, pero al ser atacadas por stos ocurre un cambio dramtico en el nmero y la cantidad de voltiles que libera la planta (Tur-lings et al., 1990; Turlings et al., 1991). Otra interaccin similar con parasitoides ocurre en algodn (Loughrin et al., 1994; Par y Tumlinson, 1997a).

Como ejemplo de la interaccin con depredadores est la planta Phaseolus lunatus que al ser infestada por Tetra-nychus urtica libera voltiles que atraen al depredador Phytoseiulus persimilis que se alimenta de ellos. Las hojas de plantas no infectadas y las daadas mecnicamente no liberan estas seales y por tanto no atraen a los depredado-res, lo que demuetra la especificidad de los qumicos pro-ducidos. Aunque el ataque por T. urticae sea masivo, cuando los depredadores aparecen se reduce drsticamente la poblacin de herbvoros (Dicke et al., 1990a; Dicke et al., 1993; Takabayashi y Dicke, 1996). Un estudio simi-lar ha sido reportado para tomate (Dicke et al., 1998).

Quizs sta sea la principal diferencia entre la defensa indirecta que ocasiona la atraccin de parasitoides y la que atrae depredadores, ya que los parasitoides como las avis-pas parasticas, depositan sus huevos en la oruga, y al eclosionar las larvas de avispa matan al insecto plaga (Par y Tumlinson, 1999); es decir, los insectos plaga paran de comer solamente hasta que la progenie de la avispa emer-ge, lo cual en tiempos de control de una infestacin masiva puede ser devastador para la planta. En cambio, los de-predadores matan al herbvoro y acaban en ese mismo ins-tante con el dao, lo que depende del volumen de la pobla-cin que se controla (Takabayashi y Dicke, 1996; Dicke y van Loon, 2000).

Cuando los herbvoros depositan sus huevos, se indu-cen emisiones de voltiles que atraen parasitoides o depre-dadores de los huevos (Hilker y Meiners, 2002; Pichersky y Gershenzon, 2002; Pichersky, 2004). Uno de los pocos sistemas tritrficos descritos incluye la participacin de Xanthogaleruca luteola Muller (Coleoptera, Chrysomeli-dae), que al descargar sus huevos estimula en las hojas de Ulmus minor Miller la produccin de voltiles atrayentes de la avispa Oomyzus gallerucae (Hymenoptera, Eulop-hidae) (Meiners y Hilker, 1997; Meiners y Hilker, 2000; Wegener et al., 2001). De igual manera, el insecto Di-prion pini L. (Hymenoptera, Diprionidae) induce la pro-duccin de voltiles en las acculas de Pinus sylvestris L. que atraen la avispa Chrysonotomyia ruforum (Hymenopte-ra, Eulophidae) (Hilker et al., 2002; Mumm et al., 2003).

Recientemente se report que Trissolcus basalis (Wo-llaston) (Hymenoptera: Scelionidae) parasita los huevos de Nezara viridula L. (Heteroptera: Pentatomidae) al respon-der a seales inducidas por la ovoposicin y la alimenta-cin del herbvoro sobre las hojas de Vicia faba L. y Pha-seolus vulgaris L. A diferencia de D. pini que causa una incisin en las acculas de pino para insertar sus huevos o de Xanthogaleruca luteola que con sus partes bucales re-mueve la superficie de la hoja antes de la ovoposicin, las hembras de N. viridula no causan dao fsico al ovopositar sobre la superficie del hospedero, porque colocan los


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huevos en racimos que luego son adheridos a la hoja por una secrecin que se presume es la inductora de las emi-siones (Colazza et al., 2004a). Colazza et al. (2004b) de-terminaron los compuestos responsables de la atraccin de los parasitoides de los huevos.

Los voltiles inducidos por un ataque por herbivora presentan similitud estructural con los voltiles producidos cuando no hay dao, lo que indica que sus vas biosintti-cas son semejantes. Los monoterpenos parecen ser produ-cidos a travs de la va DOXP, mientras que los sesquiter-penos pueden ser producidos por ambas vas, mevalonato y DOXP. Ambas vas pueden ser compartidas por muchas familias y son detectables por una multitud de insectos de-predadores que los usan para distinguir una planta infecta-da de una sana, o para distinguir entre diferentes tipos de dao (Par y Tumlinson, 1999). Existe una clara diferen-cia entre los voltiles emitidos por la planta sana, por la planta daada por herbivora (sintetizados de novo) (Par y Tumlinson, 1997a; Par y Tumlinson, 1997b) y por dao mecnico, aunque en algunos casos la composicin es idntica entre plantas con dao mecnico y las que presen-tan herbivora (Geervliet et al., 1997). La liberacin pue-de presentar diferencias cuantitativas o bien variar entre tejidos de la planta afectada (Dicke et al., 1990a; Turlings et al., 1995; Takabayashi y Dicke, 1996).

Otra caracterstica de los voltiles inducidos es la espe-cificidad que ocurre en muchos sistemas tritrficos estu-diados, aunque no en todos. La especificidad hace refe-rencia a diferencias en las mezclas de voltiles o a la dis-criminacin de los carnvoros a plantas que han sido daa-das por otros herbvoros, especificidad que es influenciada por la edad de la planta, el estado de desarrollo del herb-voro y la atraccin del parsito o depredador (variaciones interespecficas, intraespecficas y por individuo) (Takaba-yashi et al., 1994a; Takabayashi et al., 1994b; Takaba-yashi et al., 1995; Takabayashi y Dicke, 1996; De Moraes et al., 1998; Dicke et al., 1998; Dicke y van Loon, 2000).

Para que los voltiles emitidos funcionen efectivamente deben ser claramente distinguibles de otros, ser especficos para presas o especies hospederas que se alimentan en la planta, y ser emitidos a tiempo cuando los enemigos natu-rales buscan comida (De Moraes et al., 1998). Un estudio que demuestra que las emisiones de plantas pueden trans-mitir informacin herbvoro especfica que es detectada por parasitoides, fue hecho por De Moraes et al. (1998); en dicho estudio se ilustra que plantas de tabaco, algodn y maz producen distintas mezclas de voltiles en respuesta al dao producido por dos especies de herbvoros, Heliot-his virescens y Helicoverpa zea. La avispa parastica es-pecialista Cardiochiles nigriceps usa estas diferencias para

distinguir a H. virescens (hospedero) de H. zea (Turlings et al., 1995; De Moraes et al., 1998).

La liberacin de voltiles inducidos no se restringe al rea daada por el herbvoro, sino tambin ocurre en par-tes distales que no sufrieron dao; esto sugiere una res-puesta sistmica que sirve igualmente para atraer insectos defensores (Turlings et al., 1993; Dicke, 1994; Par y Tumlinson, 1996; Rose et al., 1996; Guerrieri et al., 1999; Pichersky, 2004). Al respecto, Turlings y Tumlin-son (1992) reportaron que las plntulas de maz implicadas en una interaccin planta-herbvoro-parasitoide produjeron voltiles inducidos por el herbvoro Spodoptera exigua, tanto en el sitio de dao como en toda la planta (Turlings y Tumlinson, 1992). Igualmente, el algodn atacado por herbvoros libera semioqumicos voltiles de partes distales sin dao, que atraen enemigos naturales de los ofensores a las plantas daadas (Rose et al., 1996).

Un descubrimiento que ha permitido comprender el porqu se dan este tipo de interacciones y porqu hay emi-siones de voltiles en plantas atacadas por herbvoros, qui-zs ha sido la deteccin y caracterizacin de los elicitores (Farmer, 1997). Aunque tambin se han aislado de hon-gos (Piel et al., 1997; Engelbert et al., 2000) y bacterias (Spiteller et al., 2000), un elicitor o evocador es cualquier compuesto que venga de los herbvoros e interacte con la planta a nivel celular. De herbvoros nicamente han sido aislados dos clases de elicitores involucrados en defensa indirecta; el primero fue obtenido de secreciones orales de larvas de Pieris brassicae, y es la enzima hidroltica -glucosidasa que elicita la liberacin de terpenoides volti-les de las hojas de Brasicca oleracea var. gemmifera cv. Titure, cuyas hojas responden liberando una mezcla de voltiles que hacen a la oruga ms atractiva para la avispa parastica Cotesia glomerata. Debido a que el dao mec-nico libera los mismos voltiles, se piensa que los terpenos u otros voltiles son liberados de los glucsidos por accin directa de la enzima (Mattiacci et al., 1995). Hilker et al. (2005) caracterizaron un elicitor de tipo proteico en la se-crecin del oviducto de Diprion pini, que al descargar sus huevos induce la produccin de voltiles en Pinus sylves-trys L. los cuales atraen al parasitoide de los huevos, Chrysonotomyia ruforum Krausse (Hymenoptera, Eulop-hidae).

La segunda clase de elicitores son los cidos grasos conjugados con aminocidos (AGCs), que se han detectado en el regurgitado de larvas de Sphingidae, Noctuidae y Geometridae (Alborn et al., 1997; Par et al., 1998, Poh-nert et al., 1999; Alborn et al., 2000; Halitschke et al., 2001; Mori et al., 2001; Alborn et al., 2003; Mori et al., 2003). El primer AGC aislado fue el de secreciones orales de Spodoptera exigua Hbner, denominado volicitina


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[N-(17-hidroxilinolenoil)-L-glutamina] que activa la pro-duccin de compuestos voltiles en plntulas de maz. Es-ta emisin est compuesta de la misma mezcla de sustan-cias que se libera cuando hay daos por una oruga que se alimenta de la planta, pero los AGCs no elicitan la misma respuesta en todas las plantas. Estos voltiles atraen hem-bras de avispas parasticas Cotesia marginiventris, que son enemigos naturales de las orugas (Alborn et al., 1997).

La volicitina induce la biosntesis de novo de compues-tos voltiles por activacin de la indol 3-glicerol fosfato liasa y la sesquiterpen-ciclasa, adems de inducir la libera-cin de voltiles de las hojas indemnes de maz en las plan-tas daadas (Frey et al., 2000; Shen et al., 2000). Me-diante marcaje con 13C, Par et al. (1998) demostraron que la porcin de AG de la volicitina provena de la planta, pe-ro la reaccin de hidroxilacin en el C-17 y la conjugacin con glutamina eran llevados a cabo por el insecto; adems, la glutamina provena de las orugas (Par et al., 1998). Yoshinaga et al. (2003) probaron que la glutamina, aunque no fuera el aminocido dominante en el intestino larval de Spodoptera litura, era el nico que era conjugado in vivo con el AG pero sin saber el porqu de esta eleccin. La especificidad del sustrato y la demostracin de que la bio-sntesis in vitro se lleva a cabo en tejidos del intestino me-dio de Spodoptera litura, fue hecha por Yoshinaga et al. (2005).

La manera de cmo estos elicitores inducen la emisin de voltiles no se ha esclarecido completamente, pero re-cientemente se determin que la volicitina establece una interaccin protena-ligando (Truitt y Par, 2004; Truitt et al., 2004). Probablemente ste sea el primer paso en la planta para generar una seal e iniciar una reaccin en ca-dena que active cascadas de traduccin de seales que in-volucren mensajeros de informacin (sistemina, jasmonato, etileno, perxido de hidrgeno, etc.), al activar los genes responsables de respuestas de defensa; como consecuencia produce una respuesta local o sistmica, que puede desem-bocar en la liberacin de mezclas de voltiles que atraen parasitoides (Frey et al., 2000; Shen et al., 2000; Halitschke et al., 2001; Schittko et al., 2001; Ferry et al., 2004; Arimura et al., 2005).

El conocimiento del papel de los voltiles inducidos ha crecido enormemente en las ltimas dcadas y se les ha reconocido numerosas funciones, pero todava falta eluci-dar el mecanismo de produccin, liberacin y reconoci-miento de los voltiles inducidos y los pasos siguientes en la sealizacin, la relevancia ecolgica, y cmo ha sido la evolucin de esta interaccin. Lo que ya es claro es que la produccin de voltiles no slo ocurre nivel de laboratorio sino tambin en condiciones naturales, como respuesta ac-tiva para atraer los carnvoros; ms que una respuesta ac-

cidental al dao parece ser que la planta se ve beneficiada con la reduccin de herbvoros al atraer carnvoros (Taka-bayashi y Dicke, 1996; Dicke y Van Loon 2000; Loon et al., 2000; Holopainen, 2004; Arimura et al., 2005).

Comunicacin entre plantas

Casi desde que se evidenci que los voltiles media-

ban la defensa indirecta, se discuti la posibilidad de que las mezclas de voltiles orgnicos sean transportadoras de informacin entre plantas y les permita establecer una comunicacin. Los estudios iniciales carecan de rigor cientfico por tener serias deficiencias experimentales, co-mo la dosis aplicada, mecanismos de accin desconocidos, carencia de experimentos en el campo y de realismo en las metodologas empleadas (Dicke y Bruin, 2001; Baldwin et al., 2002), por lo que no haba un consenso de aceptacin. En los ltimos aos este panorama ha cambiado y se han reportado una serie de experimentos contundentes que apoyan el postulado de la comunicacin planta-planta me-diada por voltiles. La idea es que las plantas incrementan sus defensas tempranamente, en respuesta a seales que emiten las vecinas que estn bajo el ataque de herbvoros o patgenos, y emplean esta informacin para desplegar de-fensas directas o indirectas (Agrawal, 2000; Dicke y Bruin, 2001). De acuerdo con Dicke et al. (2003), las plantas capaces de activar sus defensas en respuesta a in-formacin proporcionada por sus vecinas, aparte de hacer su defensa ms efectiva pueden tener ventaja sobre las plantas que no reconocen esa informacin (Dicke et al., 2003).

La comunicacin con plantas enfermas o daadas se puede dar de varias formas: sealizacin con plantas sanas de la misma especie, con plantas de otras especies, y sea-lizacin interna en la planta a travs de sustancias voltiles (Farmer, 2001). Entre los muchos ejemplos de comunica-cin planta-planta (Dicke y Bruin, 2001; Dicke et al., 2003), quizs uno de los ms rigurosos en condiciones na-turales fue el realizado por Karban et al. (2000), donde establecen que las hojas sin dao de Nicotiana attenuata responden a las seales liberadas por su vecina Artemisia tridentata. Durante tres de las cinco temporadas que dur el estudio, las plantas de N. attenuata que tenan como ve-cinas a plantas de A. tridentata daadas (corte con tijeras), redujeron considerablemente los niveles de dao por her-bivora, comparado con el control sin cortar, y las plantas cercanas a las de A. tridentata heridas mecnicamente in-crementaron sus niveles de enzimas oxidativas implicadas en defensa, como polifenoloxidasas (PFOs) (Karban et al., 2000).


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Con este experimento como antecedente, estos autores propusieron el papel que pueden desempear los voltiles inducidos por herbvoros en plantas vecinas, en compara-cin con el dao mecnico (Karban et al., 2003). Al igual que en el caso anterior con plantas de N. attenuata vecinas de A. tridentata que sufrieron dao por herbivora causado por una especie de saltamontes y un crisomlido (Trirhab-da pilosa), las plantas aumentaron la actividad de PFOs y redujeron la herbivora. Pero cuando se prob qu pasaba con la interaccin entre plantas de tabaco, una sin dao vecina de una con dao, los niveles de PFOs y herbivora no se vieron afectados en plantas sin dao. Las plantas de tabaco prximas a las de A. tridentata daadas produjeron ms flores y cpsulas, pero fueron ms susceptibles al da-o por congelamiento comparado con los testigos (Karban y Maron, 2002; Dicke et al., 2003).

Otra investigacin que ha sido un parteaguas en el es-tudio de la comunicacin entre plantas, fue la realizada con rboles Alnus glutinosa creciendo en condiciones naturales unos cerca de otros. Los rboles fueron defoliados mec-nicamente para estimular el ataque de Agelastica alni; lue-go del dao se descubri que la defoliacin manual redujo la herbivora en las temporadas posteriores al dao, y no slo en los rboles defoliados sino tambin en los vecinos que no sufrieron dao alguno. Tambin se encontr que adicional al dao foliar, el grado de consumo y el nmero de huevos ovopositados correlacionaron positivamente con la distancia del rbol defoliado (Dolch y Tscharntke, 2000).

Estudios posteriores mostraron que la herbivora por A. alni induce en las hojas de A. glutinosa la emisin de etile-no y una mezcla de voltiles que no fue emitida por las hojas sanas, que inclua mono, sesqui y homoterpenos, as como derivados de cidos grasos y compuestos aromticos. Adems, hubo cambios en la qumica de las hojas someti-das a herbivora, porque aument el contenido fenlico y la actividad de enzimas oxidativas (PFOs, LOX y peroxi-dasa) y de inhibidores de proteasa. Se observ tambin la activacin de la va de los octadecanoides por un aumento en la liberacin de cido jasmnico (JA). Los autores pos-tularon que los compuestos voltiles activos que transfieren la seal, son etileno, -ocimeno, 4,8-dimetilnona-1,3,7-trieno (DMNT), y 4,8,12-trimetiltrideca-1,3,7,11-tetraeno (TMTT), lo que permiti proponer una activacin de las respuestas de defensas directa e indirecta en la planta, in-ducidas por los voltiles despus del dao producido por A. alni (Agrawal 2000; Tscharntke et al., 2001; Dicke et al., 2003).

Los voltiles inducidos por Tetranychus urticae en plantas de algodn atraen a los enemigos naturales del her-bvoro, el depredador Phytoseiulus persimilis. El estudio

de Bruin et al. (1992) mostr que las plantas no infestadas cercanas a plantas infestadas por T. urticae, se protegen mejor contra la herbivora mediante reduccin de la tasa de ovoposicin. Con este trabajo se sentaron las bases para un estudio posterior de Arimura et al. (2000), el cual pro-porciona evidencia de que los voltiles inducidos por her-bivora producen cambios transcripcionales que permiten la defensa ante un futuro ataque, en plantas vecinas que no sufrieron dao. El sistema empleado fue Phaseolus luna-tus-T. urticae- P. persimilis, y permiti demostrar que no slo la planta atacada sino tambin las vecinas, sufren me-nos dao por el herbvoro y son ms atractivas para sus depredadores. Las hojas sin infestacin de P. lunatus, al ser expuestas a los voltiles de hojas infestadas con T. ur-ticae activaron diferentes genes de defensa. De la mezcla de voltiles, (E)--ocimeno, DMNT y TMTT parecen es-tar implicados en dicha activacin, ya que su concentra-cin aument con el tiempo trascurrido despus de la in-duccin (Arimura et al., 2000). Luego se estableci que la exposicin a la mezcla de voltiles inducidos por T. ur-ticae, o a cualquiera de los siete componentes mayoritarios (-ocimeno, DMNT, TMTT, linalool, (Z)-3-hexenol, (E)-2-hexenal y (Z)-3- acetato de hexenilo) de esta mezcla, as como la propia infestacin por T. urticae y el dao artifi-cial, activan en hojas de P. lunatus la transcripcin de ge-nes involucrados en la biosntesis de etileno, S-adenosilmetionina (SAMS sintetasa) y cido 1-aminociclopropano-1-carboxlico oxidasa (ACO), as como un gen que codifica para una enzima implicada en la snte-sis de poliaminas, la SAM descarboxilasa (SAMDC). Adems, las plantas de P. lunatus expuestas a los voltiles inducidos por T. urticae emitieron etileno y acumularon cido jasmnico (Arimura et al., 2002).

La mayora de estudios encaminados a establecer la comunicacin entre plantas, se hacen con informacin que fluye a travs del aire, y pocos se han realizado para ob-servar cmo se da el intercambio bajo tierra. La herbivo-ra en partes subterrneas de la planta induce la produccin de voltiles atrayentes de enemigos de los herbvoros. Es-tos voltiles pueden ser inducidos sistmicamente en la planta daada. En el sistema empleado por Dicke y Dijk-man (2001) se muestra que al exponer hojas de P. lunatus sin infestacin a un elicitor, se provoca una disminucin en la tasa de reproduccin del herbvoro T. urticae, y cuando las hojas de P. lunatus que no estn siendo atacadas por el herbvoro son incubadas con el elicitor se produce la atraccin del depredador P. persimilis.

Para determinar si las plantas infestadas por herbvoros interactan con vecinas no daadas a travs de la informa-cin qumica transmitida por el suelo, se us el mismo eli-citor obtenido al colocar plantas completas (con races) de P. lunatus en agua destilada. Luego se colocaron plantas


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completas (con races) que no presentaban herbivora en el agua donde estaba el elicitor y stas resultaron ms atracti-vas para el depredador P. persimilis, lo que indic el flujo de la seal a travs de la rizosfera (Dicke y Dijkman, 2001). De igual forma, experimentos hechos con Vicia faba infestada por el fido Acyrthosiphon pisum muestran que los voltiles que induce el herbvoro son especficos, liberados sistmicamente y que son claves en la orientacin del parasitoide Aphidius ervi. La comunicacin transmiti-da por las races parece ser necesaria para que esta inter-accin sea exitosa, ya que plantas de V. faba sin herbvo-ros que estn en el mismo recipiente con plantas infestadas por A. pisum, fueron ms atractivas para las hembras del parasitoide; pero cuando se evit el contacto de las races entre las plantas y slo se permiti el contacto areo, no se observ tal atraccin, lo que sugiri que el exudado de las races de las plantas infestadas puede inducir la emisin de voltiles que median interacciones tritrficas en las plantas vecinas (Chamberlain et al., 2001; Guerrieri et al., 2002; Dicke et al., 2003).

Los hallazgos mencionados muestran claramente que puede existir la comunicacin entre plantas, por medio de seales areas o subterrneas, lo que ilustra lo complejas que pueden llegar a ser las interacciones que involucran compuestos voltiles, herbvoros, depredadores o parasi-toides, adems de seales responsables de transmitir la in-formacin a otras partes de la planta o a otras plantas, y la interaccin de estas redes de comunicacin (Putten et al., 2001; Bezemer y van Dam, 2005). Algunas molculas vo-ltiles, como salicilato de metilo, jasmonato de metilo y etileno, han sido consideradas las responsables de la sea-lizacin dentro de una planta y entre plantas (Crozier et al., 2000).

La comunicacin en plantas es un tpico apasionante, que a medida que se profundiza en l se abren nuevas puertas. Ahora las preguntas que surgen son: Cmo per-ciben las plantas estos voltiles? Qu y cules son los re-ceptores (si los tienen)? Pueden las plantas discriminar entre diferentes mezclas de voltiles? Cundo deben las plantas responder a los voltiles y cundo no? Tambin falta caracterizar cmo las seales entran a la planta y c-mo responden a las seales voltiles en condiciones natura-les, sin hacer a un lado la sealizacin subterrnea que no es afectada por competidores, vecinos inmediatos o la di-reccin del viento (Baldwin et al., 2002, Dicke y Bruin, 2001).

Interaccin con feromonas

Las feromonas son infoqumicos o semioqumicos (mo-

lculas que transportan seales de un organismo a otro) que median la interaccin entre organismos de la misma

especie, y pueden beneficiar al organismo que las produce (+, ), al que las recibe (,+) o a ambos (+,+) (Dicke et al., 1990b). Los voltiles producidos por plantas pueden influenciar el comportamiento y la fisiologa de los insec-tos al interactuar con las feromonas que stos emplean para comunicarse. Los voltiles vegetales pueden inducir la produccin o liberacin de feromonas en algunos insectos y a menudo sinergizar o aumentar sus respuestas sexuales; se pueden provocar efectos inhibitorios o repelentes que interrumpan la respuesta de los insectos a estos infoqumi-cos (Reddy y Guerrero, 2004). Algunos ejemplos de la interaccin de voltiles con feromonas se enuncian a conti-nuacin; para mayor informacin consultar la revisin hecha por Reddy y Guerrero (2004).

El estmulo que ejercen los voltiles de plantas para que los insectos liberen feromonas ocurre en muchas espe-cies de colepteros y lepidpteros. La palma Elaeis qui-neensis produce una mezcla de steres voltiles, de los cuales el acetato de etilo induce a los machos de Rynchop-horus phoenicis a liberar la feromona rincoforol ((E)-6-metil-2-hepten-4-ol) (Jaff et al., 1993). Los voltiles de plantas hospederas igualmente pueden provocar un siner-gismo ya que cuando el insecto libera la feromona sta se combina con los voltiles de la planta ocurre una mayor atraccin de los insectos a las feromonas. As, para Ant-honomus grandis Boh, Scolytus multistriatus y Ceratitis capitata Weid se report que los VHV aumentan las res-puestas a la feromona de atraccin.

En pruebas de campo, la adicin de trans-2-hexen-1-ol a la feromona de agregacin (grandlure) de A. grandis y la adicin de 1-hexanol y 1-hexanal a la feromona de agrega-cin multilure de S. multistriatus, se logr mayor captura en la trampa, que con la feromona sola. Para C. capitata se encontr que el trans-2-hexenal aument la respuesta de las hembras al olor de los machos (Dickens, 1989; Dic-kens et al., 1990).

En relacin con los efectos inhibidores o repelentes, los VHVs de plantas no hospederas han mostrado interrumpir la respuesta feromonal en tres especies de escarabajos, Dendroctonus frontalis, Ips avulses e Ips grandicollis, que ocasionan un efecto negativo cuando estn buscando hos-pedero. El 1-hexanol y el hexanal en combinacin con las feromonas de agregacin frontalina y turpentina, interrum-pieron la respuesta de D. frontalis a estas feromonas. Si-milarmente, el hexanal interrumpi la respuesta a la fero-mona de las dos especies Ips (mezcla de ipsdienol, ipsenol y cis-verbenol en una proporcin de 1:1:2) (Dickens et al., 1992). Los VHV tambin pueden actuar como antiagre-gantes, como en Dendroctonus ponderosae Hopkins con la mezcla de 1-hexanol, (Z)-2-hexen-1-ol, (E)-3-hexen-1-ol y (Z)-3-hexen-1-ol, que en experimentos de campo con


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trampas perturbaron la respuesta de atraccin a los semio-qumicos (Wilson et al., 1996).

Antioxidantes y termorreguladores

ltimamente se ha tenido en consideracin la impor-tancia de los voltiles por sus propiedades antioxidantes, y por su impacto en el clima al fungir como termorregulado-res de la planta (Peuelas y Llusi, 2003; Holopainen, 2004). El isopreno es un buen atrapador de radicales li-bres hidroxilo y de ozono, adems de proteger las mem-branas del dao oxidativo (Zeidler et al., 1997; Loreto y Velikova, 2001; Loreto et al., 2001). Algunos monoter-penos tambin presentan actividad atrapadora del ozono, y disminuyen las especies reactivas de oxgeno (H2O2 y OH-), y tal vez los voltiles inducidos por ser liberados en mayor cantidad puedan desempear esta misma funcin (Holopainen, 2004).

Los voltiles como isopreno y monoterpenos, pueden conferir proteccin contra altas temperaturas, a la que se denomina termotolerancia que est ntimamente ligada con las propiedades antioxidantes de los isoprenoides (Peuelas y Llusi, 2004). Esta hiptesis se basa en la observacin de que las hojas que emiten isopreno pueden tolerar ms las altas temperaturas que las hojas que no lo producen. Si bien esta propiedad no ocurre en todos los emisores de isopreno, algunos estudios con monoterpenos no almace-nables muestran el papel termoprotector de stos (Loreto et al., 1998). Sin embargo, algunos monoterpenos que son emitidos instantneamente, en vez de conferir termotole-rancia lo que hacen es reemplazar a la fotorrespiracin pa-ra proteger el aparato fotosinttico a altas temperaturas y bajas concentraciones de CO2 (Peuelas y Llusi, 2002; Peuelas y Llusi 2003; Owen y Peuelas, 2005; Llusi et al., 2005).

Desde un punto de vista atmosfrico, los voltiles emi-tidos por plantas son qumicos muy reactivos, por lo que pueden regular la capacidad oxidativa de la troposfera al cambiar el potencial de reduccin de la atmsfera, afectar la concentracin de radical hidroxilo, as como la produc-cin de monxido de carbono y la oxidacin de metano y del ozono. A pesar de su corta vida media, se puede pen-sar en los efectos que puedan acarrear en los cambios cli-mticos (Logan et al., 2000; Peuelas y Llusi, 2003; Holopainen, 2004).

Interaccin con otros organismos

La mayora de las interacciones de los voltiles involu-cran a las plantas que los producen y los insectos, debido a la diversidad qumica que presentan las plantas y la rela-cin estrecha que mantienen con los insectos. Pero tam-

bin pueden suceder otras interacciones, y en esta seccin se ilustran las relaciones con diferentes organismos que son mediadas por emisiones voltiles de plantas.

Hormigas. En el rbol Leonardoxa africana las hor-migas Petalomyrmex phylax patrullan las hojas jvenes y tiernas durante las 24 h, porque stas son mas vulnerables al ataque por insectos fitfagos que son presas de las hor-migas, de modo que stas brindan proteccin a la planta. Hay evidencia de que la atraccin de las hormigas por hojas jvenes es mediada qumicamente, como se demostr al hacer un anlisis comparativo con L. africana subsp. gracilicaulis que no es del agrado de las hormigas. Las hojas jvenes estaban compuestas principalmente de VHV mientras que las hojas de la especie no atractiva (L. africa-na subsp. gracilicaulis) y las hojas maduras de la especie atractiva (Leonardoxa africana) tenan una abundante pre-sencia de salicilato de metilo, que la hormiga emplea como antisptico en sus nidos. Por tanto, se cree que la sustan-cia en mencin sirve como atrayente y como recompensa para las hormigas por su trabajo protector (Brouat et al., 2000).

Bacterias. Algunas rizobacterias liberan voltiles que promueven el crecimiento (Ryu et al., 2003) e inducen la resistencia sistmica (Ryu et al., 2004). La produccin de voltiles orgnicos por parte de Bacillus subtilis y B. amy-loliquefaciens estimularon el crecimiento de retoos en Arabidopsis thaliana, y de las mezclas emitidas se aislaron la 3-hidroxibutan-2-ona (acetona) y el 2R,3R-butan-diol, como compuestos mayoritarios y exclusivos de los volti-les emitidos por las bacterias, que son los responsables de estimular el crecimiento, en funcin de la dosis (Ping y Boland, 2004).

Hongos. El hongo Puccinia monoica infecta algunas especies de la familia Brassicaceae, y modifica la morfo-loga de la hoja al producir pseudoflores muy parecidas en color, tamao, forma y hbito a las flores verdaderas. Este sistema ayuda en la reproduccin sexual del hongo a travs de los insectos que buscan alimento mediante sea-les visuales y olfatorias; las flores falsas producen una fra-gancia dulce que los insectos emplean como seal o exu-dan una solucin rica en fructosa que puede servir como recompensa. La fragancia emitida por las flores falsas est compuesta principalmente de alcoholes aromticos, aldeh-dos y steres (benzaldehdo, fenil acetaldehdo y fenil etil steres), y difiere completamente de la que emite su hos-pedero en flores y partes vegetativas (Arabis spp. donde dominan los VHVs, y puede estar compuesta tambin de derivados voltiles de AG, pocos aromticos, y uno que otro sesquiterpeno). Lo que an no se sabe es si el hongo sintetiza los metabolitos de novo o produce la fragancia


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por modificacin de los metabolitos de la planta (Raguso y Roy, 1998).

Virus. El fido Rhopalosiphum padi L. es una plaga que ataca a muchos cereales y tambin es vector del virus del enanismo amarillo de la cebada (BYDV, por sus siglas en ingls). Jimnez-Martnez et al. (2004) demostraron por primera vez que los voltiles emitidos por plantas de trigo (Triticum aestivum L.) infectadas con el virus BYDV influenciaron el comportamiento de los fidos R. padi, al presentar stos una respuesta preferencial por las plantas infectadas; los autores postularon que la liberacin de los voltiles media esta atraccin inducida por el virus, ya que los voltiles recolectados en el espacio cercano a las espi-gas de las plantas infectadas presentaron una mayor con-centracin, de acetato de (Z)-3-hexenilo.

Entomopatgenos. En la bsqueda de efectos que ocasionan los voltiles en otros organismos, se encontr que los voltiles emitidos por plantas de Manihot esculenta infestadas por Mononychellus tanajoa, disparan la esporu-lacin del hongo entomopatgeno Neozygites tanajoae. Los resultados mostraron dos efectos dependientes de las mezclas de voltiles empleadas; cuando se usaron voltiles de plantas sin dao los hongos no produjeron conidias, pe-ro cuando se usaron voltiles inducidos por herbivora co-menz la produccin de conidias. Aunque reportaron al-gunos de voltiles emitidos por plantas sin dao (VHV) y de las emisiones inducidas por herbivora ((3E)-4,8,-dimetil-1,3,7,-nonatrieno; (E)-(trans)--ocimeno; 4,8,12-trimetil-1,3(E),7(E),11-tridecatetraeno; salicilato de metilo y linalool), todava no se conoce cules son responsables de este efecto dual (Hountondji et al., 2005). Caso contra-rio fue el reportado por Baverstock et al. (2005) en el que el hongo entomopatognico Pandora neoaphidis no res-pondi a las emisiones de voltiles inducidas por el fido Acyrthosiphon pisum en Vicia faba (Baverstock et al., 2005).

Mamferos. Aunque son mas difciles de determinar las interacciones con mamferos, se descubri que el can-guro (Macropus fuliginosus) al buscar alimento evita las plantas de la familia Myrtaceae que son ricas en voltiles, lo cual logra mediante seales olfativas, porque el follaje contiene aceites esenciales potencialmente txicos (Jones et al., 2003).

PERSPECTIVAS

Dado el papel de los voltiles en la polinizacin, se po-dran manipular genticamente las plantas econmicamente rentables con polinizacin entomfila para que produzcan mezclas de voltiles especficas y sean ms atractivas a los insectos polinizadores, al incrementar la frecuencia de las

visitas y disminuir la prdida de polen y de la polinizacin interespecfica no exitosa, para mejorar as la produccin. La ingeniera gentica tambin beneficiara la industria de la floricultura, al mantener o mejorar sus aromas debido a que las flores pierden su esencia a medida que envejecen (Vainstein et al., 2001; Pichersky, 2004).

Siempre se han considerado a las feromonas como una alternativa amigable de control, pero por diversas razones sta no ha prosperado. Una combinacin de mezclas de voltiles con feromonas de insectos puede ocasionar atrac-cin a trampas o modificar las respuestas de insectos hacia feromonas sexuales o de agregacin (Mller y Hilker, 2000). El sinergismo entre feromonas de insectos y volti-les de plantas puede incrementar la atraccin de enemigos naturales y ofrecer nuevas estrategias de control (Reddy y Guerrero, 2004).

Los voltiles de plantas tambin se pueden usar para protegerlas contra patgenos y plagas. Lo que se busca en un futuro es la expresin de genes involucrados en la snte-sis de fragancias, que permitan que los voltiles puedan ser almacenados y al momento del dao ser utilizados como compuestos antimicrobianos o repelentes de herbvoros.

Si se incrementara el flujo metablico de los compues-tos voltiles implicados en repeler herbvoros o atraer pa-rasitoides y depredadores, aumentara la proteccin de las plantas en su medio natural y proporcionara una alternati-va de control biolgico de plagas. Si se conocen los picos mximos de produccin diurnos o nocturnos se pueden modificar las plantas para que generen mezclas de voltiles como defensa a determinadas horas del da (atraccin de parasitoides) o de la noche (evitar postura de huevos) (Ryan, 2001). Pero la atraccin de parasitoides y depre-dadores presentara como desventaja la atraccin de ene-migos de los herbvoros sin que est presente el hospedero. Adems, no conviene esperar a que ocurra el ataque por herbvoros para iniciar el llamado. Igualmente, la emisin preventiva podra generar una asociacin de aprendizaje que podra conducir a que los depredadores y parasitoides logren ignorar estas claves rpidamente. Una mejor op-cin sera producir variedades genticamente modificadas que respondan de una manera contundente al ataque de plagas (Whitfield, 2001).

Los cultivos que liberan seales voltiles en respuesta al ataque de herbvoros pueden proporcionar las bases de una nueva era en el control de las plagas agrcolas. Todas estas propuestas de mejoramiento y control son promiso-rias, cuyo componente gentico an no se ha establecido. Hasta que las enzimas implicadas y los genes que las codi-fican no sean completamente conocidos y caracterizados, y los mecanismos de regulacin, produccin, respuesta y


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emisin sean totalmente elucidados, se podr predecir c-mo se dan estas interacciones y el impacto que puedan ocasionar en condiciones naturales. Hasta el momento son grandes los avances obtenidos pero falta todava mucho camino por recorrer, quizs por la complejidad del sistema y las vas informacin, adems de la amplia cantidad de actores y factores que estn comprometidos (Kessler y Baldwin, 2002).

Adems de las relaciones planta-insecto y planta-planta, tambin deben estudiarse las relaciones con otros tipos de organismos, como mamferos, microorganismos, etc. Para conocer de manera ms profunda las interacciones en las que estn comprometidos los voltiles, se debe determinar qu ocurre en los organismos receptores de la seal, cules son los efectos comportamentales que ocasionan sobre s-tos, cmo reciben las seales, cmo son procesadas y c-mo responden a esa informacin, as como establecer cu-les son los compuestos activos y responsables de dicha ac-tividad (Dudareva y Negre, 2005).

AGRADECIMIENTOS

A la DGAPA-PAPIIT-UNAM por el apoyo parcial de para la realizacin de este trabajo a travs de los proyectos de investigacin No. IN-243802 e IN-211105-3, a la DGEP-UNAM por el otorgamiento de una beca de docto-rado. Tambin al Dr. Manuel Jimnez Estrada (Instituto de Quimica, UNAM), los rbitros y al editor por su valio-sos aportes y comentarios, y al Sr. Gustavo Zapata Z (Medelln, Colombia) por las magnficas ilustraciones.

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Compuestos Volatiles de Las Plantas