Respuesta química defensiva de Quercus mediterráneos frente al estrés biótico

Abstract

Las plantas tienen diversos mecanismos para defenderse de enemigos naturales que comprometen su supervivencia. Ante el escenario actual de condiciones bióticas y abióticas cambiantes, su conocimiento es fundamental para afrontar retos futuros. Esta Tesis analiza la producción de defensas químicas, principalmente fenólicas, en la interacción planta-estresor biótico para evaluar posibles diferencias geográficas e individuales de la encina (Quercus ilex). Hubo diferencias entre regiones y genotipos. Los niveles más bajos de defensas se encontraron en el norte de la Península Ibérica y el contenido fenólico fue mayor sobre suelos ácidos. La heredabilidad de los rasgos resultó moderada. Los estresores bióticos utilizados para la inducción de defensas fueron el patógeno radicular Phytophthora cinnamomi (Pc) y la defoliación mecánica. La supervivencia obtenida estuvo más relacionada con las defensas constitutivas que con las inducidas, la respuesta inducida fue específica del estresor y la inducción o inhibición dependió de la procedencia. Además, encinas plantadas en áreas infectadas por Pc mostraron distinta tolerancia según su procedencia después de cuatro años de seguimiento. Aunque la mortalidad fue alta, las procedencias con mayores niveles constitutivos toleraron mejor al patógeno en invernadero y campo. Algunas familias del sur podrían ser candidatas para programas de reforestación en áreas infectadas por Pc por su tolerancia. Finalmente, se estudió la capacidad alelopática de algunas herbáceas mediterráneas para reducir al patógeno Pc. Se observó una fuerte capacidad inhibidora de Diplotaxis tenuifolia in vitro y un efecto protector de esta especie en plántulas de Q. suber y Q. faginea infectadas por Pc in vivo.

Plants have several mechanisms against natural enemies that compromise their survival. Given the current scenario of changing biotic and abiotic conditions, their knowledge is essential to face future challenges. This Thesis analyzes the production of chemical defences, mainly phenolic, in the plant-biotic stressor interaction to assess possible geographical and individual differences in Quercus ilex. There were differences among regions and genotypes. The lowest levels of constitutive defences were found in the northern Iberian Peninsula. Also, the defensive phenolic content was significantly higher in regions with acidic soils. Heritability of chemical defence traits were moderate. Biotic damage was induced by Phytophthora cinnamomi (Pc) and mechanical defoliation. Results showed that survival to stress is more related to constitutive defences than induced ones, the induced response is stressor-specific and the induction or inhibition depends on the region. Additionally, holm oaks planted in a Pc-infected field showed differences in mortality according to their regions after a four-year monitoring. There was a high mortality but regions with higher constitutive chemical defences better tolerated the pathogen both in greenhouse and field conditions. Some families from the south with higher tolerance were identified as candidates for use in reforestation programs in Pcinfected areas. Finally, the allelopathic ability of some herb species from Iberian wood pastures to reduce the Pc populations was studied. A strong inhibitory capacity of Diplotaxis tenuifolia against Pc activity in vitro and a protective effect of these herb species on Q. suber and Q. faginea plants against Pc in vivo were observed.

As plantas possuem inúmeros e diversos mecanismos de defesa contra os inimigos naturais que podem comprometer a sua sobrevivência. No cenário atual de mudanças das condições bióticas e abióticas, o conhecimento aprofundado desses mecanismos é essencial para enfrentar futuros desafios. A resposta das plantas e a sua capacidade de sobreviver nesses novos cenários será a chave para a conservação dos ecossistemas como os montados portugueses e as dehesas espanholas. Esta Tese analisa a produção de defesas químicas, principalmente fenólicas, na interação planta-indutor biótico de stress para avaliar possíveis diferenças geográficas e individuais. O primeiro capítulo analisa se os níveis constitutivos de fenóis totais (Tp) e taninos condensados (Ct) que atuam como defesas químicas na azinheira (Quercus ilex) variam entre regiões, populações e genotipos na Península Ibérica. Diferenças significativas foram encontradas na concentração de Tp e Ct entre as regiões e entre os genótipos, mas não entre as populações dentro das regiões. Os níveis mais baixos de defesas constitutivas foram encontrados no norte da Península Ibérica. Além disso, o conteúdo fenólico defensivo foi significativamente maior em regiões com solos ácidos. Os valores de herdabilidade (Tp 0.37 ± 0.08 e Ct 0.48 ± 0.36) foram inferiores aos obtidos com os taninos totais (Tt) num estudo anterior. No segundo capítulo foi analisada a capacidade das azinheiras das seis proveniências ibéricas para responder a múltiplos danos bióticos através dos seus padrões de defesa química induzidos. O dano biótico foi induzido na raiz (através da infecção com o patogénio Phytophthora cinnamomi Rands -Pc) e na parte aérea (por desfolha mecânica). Posteriormente, foram medidos os níveis constitutivos e induzidos de Tp, Tt e Ct. Os resultados mostraram que (1) os padrões químicos defensivos indicam variações locais e geográficas significativas; (2) a sobrevivência ao stress está mais associada às defesas constitutivas do que às induzidas; (3) a resposta induzida é específica para o indutor biótico de stress; e (4) existe um efeito interativo entre os indutores, e a indução ou inibição das defesas químicas depende da origem das plantas. Esses resultados sobre os efeitos bióticos dos indutores de stress na produção de defesas químicas, e a sua relação com a sobrevivência da azinheira, podem facilitar o desenvolvimento de programas de seleção de material genético no controle integrado do declínio de Quercus.