Endophytic entomopathogenic fungi remodel phyllosphere microbiome and metabolome to suppress Spodoptera frugiperda and enhance parasitoid biocontrol

En los vastos campos de la agricultura, las plantas no son meras víctimas pasivas de insectos hambrientos; son participantes activas en una compleja guerra química. Cuando una planta es atacada, a menudo responde produciendo compuestos defensivos o alterando su química interna para volverse menos apetecible o más tóxica para el invasor. Sin embargo, las plantas no libran estas batallas solas. Albergan comunidades de organismos microscópicos en sus hojas y dentro de sus tejidos, conocidos como el microbioma. Estos diminutos residentes pueden influir en la salud de la planta, a veces potenciando su crecimiento o ayudándola a resistir enfermedades. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo si podríamos aprovechar estos aliados naturales para proteger los cultivos sin depender de aerosoles químicos agresivos. Una vía prometedora implica el uso de hongos beneficiosos que viven dentro de las plantas sin dañarlas, conocidos como endófitos. Estos hongos pueden actuar como guardaespaldas invisibles, cambiando el entorno interno de la planta de formas que confunden o debilitan a las plagas.

Un estudio reciente de investigadores de la Universidad de Guizhou en China explora cómo dos cepas específicas de estos hongos amistosos podrían ayudar a proteger el maíz, un cultivo global vital, del gusano cogollero del maíz. Esta plaga es un comedor voraz que se ha extendido rápidamente por todo el mundo, causando daños masivos en los campos de maíz. Los investigadores querían entender no solo si estos hongos podían detener a los gusanos, sino cómo lo hacían. Analizaron el sistema completo: el crecimiento de la planta de maíz, las diminutas bacterias y hongos que viven en sus hojas, los compuestos químicos que la planta producía, y cómo estos cambios afectaban tanto al insecto como a un enemigo natural de la plaga, una pequeña avispa que pone sus huevos dentro del gusano. El objetivo era ver si estos hongos podían convertir a la planta en una mejor fortaleza y en un mejor aliado para la avispa, creando una asociación de tres vías para controlar la infestación.

Los investigadores comenzaron introduciendo dos cepas de hongos diferentes, llamadas GL-5 y H8, en plántulas de maíz jóvenes. Lo hicieron vertiendo un líquido que contenía esporas fúngicas sobre el suelo alrededor de las raíces, permitiendo que los hongos crecieran dentro de la planta. A medida que las plántulas crecían, el equipo midió su tamaño y salud. Ambas cepas de hongos ayudaron a las plantas a crecer más altas y a desarrollar raíces y hojas más largas en comparación con las plantas que no recibieron tratamiento. Las plantas tratadas con los hongos eran visiblemente más vigorosas, lo que sugiere que estos huéspedes microscópicos no solo vivían allí, sino que ayudaban activamente a su anfitrión a prosperar. Este impulso inicial en el crecimiento preparó el escenario para la siguiente fase del experimento, donde los investigadores introdujeron las larvas del gusano cogollero.

Cuando los gusanos comieron las hojas de las plantas tratadas con el hongo, su desarrollo se vio sumido en el caos. Los gusanos que se alimentaron de las plantas con la cepa GL-5 tardaron mucho más en completar sus etapas tempranas de crecimiento, y muchos murieron antes de convertirse en adultos. Los gusanos que comieron las plantas tratadas con H8 también tuvieron dificultades, particularmente en sus etapas larvarias tardías y como pupas. El tamaño físico de los gusanos que lograron sobrevivir era menor, y pesaban significativamente menos que aquellos que comieron hojas no tratadas. Para los gusanos que lograron convertirse en adultos, su capacidad de reproducción se vio gravemente obstaculada. Aquellos alimentados con plantas tratadas con GL-5 pusieron muchos menos huevos y el tiempo que tardaron en empezar a poner huevos fue mucho mayor. Esencialmente, los hongos habían convertido a las plantas de maíz en una dieta difícil que ralentizó a los gusanos, estancó su crecimiento y redujo su capacidad de tener descendencia.

El estudio también analizó qué estaba sucediendo dentro de la planta y del insecto para explicar estos resultados. Los investigadores descubrieron que los hongos cambiaron la composición química de las hojas de maíz. La cepa GL-5 causó que la planta acumulara niveles más altos de ciertos compuestos defensivos, específicamente flavonoides y ácidos fenólicos, que son conocidos por disuadir a los insectos. Al mismo tiempo, los hongos alteraron la comunidad de bacterias que viven en la superficie de la hoja. La cepa GL-5 fomentó el crecimiento de un tipo específico de bacteria llamada Enterobacter, que está vinculada a la producción de estos compuestos defensivos. En contraste, la cepa H8 fomentó una bacteria diferente llamada Chryseobacterium y cambió el metabolismo de los azúcares de la planta. Estos cambios en la química de la planta y en sus vecinos microbianos interrumpieron los sistemas internos del gusano. Los gusanos que comieron las plantas tratadas tuvieron problemas para procesar toxinas, con sus enzimas de detoxificación sobretrabajadas o suprimidas, dejándolos vulnerables e incapaces de desarrollarse adecuadamente.

Quizás el hallazgo más sorprendente fue cómo estos cambios afectaron a un enemigo natural del gusano cogollero: una avispa parásita llamada Microplitis manilae. Esta avispa caza a los gusanos poniendo sus huevos dentro de ellos, matando eventualmente al huésped. Los investigadores querían saber si las plantas tratadas con hongos ayudarían o perjudicarían a estas avispas beneficiosas. Descubrieron que la cepa GL-5 de hecho hizo que las avispas fueran más efectivas. Cuando las avispas se les permitió cazar gusanos que se habían estado alimentando de plantas tratadas con GL-5, parasitaron con éxito a más de ellos, y los capullos de la avispa que produjeron eran más pesados y fuertes. Esto sugiere que los cambios en la planta hicieron que los gusanos fueran objetivos más fáciles para las avispas, tal vez al debilitar a los gusanos o cambiar las señales que estos emitían. Sin embargo, la cepa H8 no proporcionó el mismo beneficio a las avispas, resaltando que diferentes cepas de hongos pueden tener efectos muy específicos y distintos en todo el ecosistema.

El estudio concluye que estos hongos endófitos son herramientas poderosas para el manejo de plagas, pero funcionan de diferentes maneras dependiendo de la cepa utilizada. La cepa GL-5 parece ser la opción superior para una estrategia combinada, ya que no solo debilita al insecto directamente, sino que también potencia el rendimiento de los depredadores naturales que ayudan a controlarlo. Al remodelar la química interna de la planta y la comunidad de microbios en sus hojas, estos hongos crean un entorno donde la plaga lucha por sobrevivir y reproducirse, mientras que sus enemigos naturales prosperan. Esta investigación ofrece un vistazo a un futuro donde los agricultores podrían usar estos aliados microscópicos para proteger sus cultivos, confiando en las complejas relaciones entre plantas, hongos, insectos y bacterias para mantener campos saludables sin la necesidad de intervenciones químicas pesadas. Los hallazgos proporcionan un mecanismo claro de cómo funcionan estas interacciones, allanando el camino para formas más sostenibles y efectivas de combatir una de las plagas más destructivas de la agricultura.