El control de malezas es uno de los desafíos que enfrenta el cultivo de cáñamo industrial. Durante las primeras etapas de crecimiento, las plantas todavía no desarrollaron un follaje suficientemente denso para competir eficazmente por luz, agua y nutrientes. Sin embargo, a diferencia de cultivos agrícolas más establecidos, el cáñamo cuenta con pocas opciones de herbicidas registrados específicamente para su manejo.
Un nuevo trabajo publicado en Journal of Cannabis Research analizó precisamente este problema. Los investigadores evaluaron cómo respondía la planta de Cannabis a ocho herbicidas de aplicación posemergente y luego estudiaron en detalle qué ocurría a nivel molecular cuando las plantas eran expuestas a bispiribac-sodio, un herbicida inhibidor de la enzima acetolactato sintasa (ALS).
El objetivo no fue determinar qué productos pueden utilizarse libremente sobre un cultivo de cáñamo, sino generar información básica sobre la tolerancia de la planta y los mecanismos que intervienen en su respuesta al estrés químico.
Ocho herbicidas, respuestas muy diferentes
El experimento se realizó en invernadero, con plantas de cáñamo cultivadas a partir de semillas recolectadas en campos de Uttarakhand, India.
Los investigadores evaluaron ocho principios activos, atrazina, metribuzina, metsulfurón-metil, bispiribac-sodio, oxifluorfeno, clodinafop-propargil, pinoxadén y quizalofop-etil.
Los productos se aplicaron cuando las plantas tenían cuatro hojas verdaderas y medían aproximadamente entre 15 y 20 centímetros. Las dosis utilizadas correspondieron a las dosis de campo recomendadas para otros cultivos agrícolas, no necesariamente a dosis autorizadas para cáñamo.
Después de 28 días, las diferencias fueron muy marcadas.
La atrazina redujo la biomasa de los brotes un 82,9%. La metribuzina produjo una reducción del 83,8%, mientras que el metsulfurón-metil redujo la biomasa un 81,6%.
El oxifluorfeno produjo una reducción del 75,5%.
En los cuatro casos, las plantas murieron completamente al finalizar el período de evaluación. En el caso del oxifluorfeno, los investigadores observaron además una clorosis rápida y la muerte de las plantas durante la primera semana.
La respuesta fue muy diferente frente a los herbicidas inhibidores de ACCase.
El pinoxadén redujo la biomasa un 23%, el quizalofop-etil un 25,2% y el clodinafop-propargil apenas un 11,9%. En términos estadísticos, los valores de biomasa de estos tres tratamientos fueron comparables a los de las plantas que no habían recibido herbicida.
El bispiribac-sodio quedó en una posición intermedia: produjo una reducción de biomasa de aproximadamente 43,5%, pero no provocó la muerte completa de las plantas.
Una tolerancia parcial al bispiribac-sodio
A partir de esos resultados, los investigadores eligieron el bispiribac-sodio para realizar un segundo experimento. Aplicaron concentraciones de entre 5 y 160 gramos de ingrediente activo por hectárea, además de un grupo sin tratamiento.
A medida que aumentaba la dosis, aumentaban también el retraso del crecimiento y la reducción de biomasa. Las plantas tratadas presentaban un crecimiento más reducido y el efecto era progresivamente mayor con concentraciones superiores.
Sin embargo, incluso con una dosis de 40 gramos por hectárea —el doble de la dosis de referencia utilizada en el experimento— las plantas no llegaron a morir completamente.
El cálculo de la dosis necesaria para reducir un 50% la biomasa, conocida como GR50, arrojó un valor de 21,55 gramos de ingrediente activo por hectárea. La cifra está apenas por encima de los 20 gramos por hectárea utilizados como dosis de referencia en el ensayo.
Esto indica una tolerancia parcial, pero no significa que el producto pueda considerarse seguro para cualquier cultivo de cáñamo. El propio trabajo señala que hacen falta evaluaciones adicionales y ensayos de campo.
Qué ocurre dentro de la planta
La parte más novedosa del trabajo no estuvo solamente en observar qué plantas sobrevivían: los investigadores también quisieron saber qué ocurre dentro de las células del cáñamo cuando recibe el herbicida.
Para hacerlo utilizaron secuenciación de ARN, una técnica que permite observar cambios en la expresión de miles de genes. Analizaron plantas sin tratamiento y plantas evaluadas a las 24 y 48 horas después de la aplicación del bispiribac-sodio.
En total obtuvieron 515,4 millones de lecturas de alta calidad a partir de nueve muestras. El análisis identificó 1.102 genes con expresión diferencial a las 24 horas y otros 595 a las 48 horas. La respuesta, además, no fue igual en ambos momentos.
Primero defensa, después reparación
A las 24 horas apareció una fuerte activación de mecanismos relacionados con la respuesta al estrés.
Entre las vías más destacadas estuvieron la señalización MAPK, el metabolismo del glutatión, la producción de metabolitos secundarios y distintas respuestas asociadas con defensa y metabolismo de aminoácidos.
También aparecieron genes relacionados con la interacción planta-patógeno, incluyendo receptores, quinasas y factores de transcripción. Los investigadores interpretan esta primera etapa como una respuesta defensiva rápida frente al estrés provocado por el herbicida.
A las 48 horas, en cambio, el patrón comenzó a cambiar.
Aparecieron con mayor intensidad procesos vinculados con el plegamiento de proteínas, el estrés del retículo endoplasmático y el mantenimiento de la estabilidad de las proteínas.
Es decir, la planta pasó de una respuesta inicial de defensa y detoxificación hacia mecanismos relacionados con la adaptación y reparación del daño celular.
Un sistema de detoxificación en tres etapas
Uno de los resultados centrales fue la identificación de genes pertenecientes a varias familias conocidas por participar en la detoxificación de compuestos químicos en plantas.
Entre ellos se encuentran los citocromos P450, las glutatión S-transferasas (GST), las glicosiltransferasas (GT) y los transportadores ABC.
Estas proteínas participan en diferentes etapas del procesamiento de sustancias extrañas para la planta.
Los investigadores identificaron 61 genes relacionados con detoxificación a las 24 horas: 8 GST, 23 GT, 7 transportadores ABC y 23 citocromos P450.
A las 48 horas detectaron 39 genes de este tipo: 7 GST, 12 GT, 4 transportadores ABC y 16 citocromos P450.
Un grupo de 22 genes apareció activado en ambos momentos del experimento. El trabajo destaca especialmente genes pertenecientes a las familias GSTU, CYP71, CYP81 y CYP716, además de un transportador ABC.
Estos resultados apuntan a una respuesta coordinada que puede dividirse, de manera simplificada, en tres etapas: modificación química del compuesto, conjugación y posterior transporte o almacenamiento de los productos resultantes.
El papel del glutatión
El glutatión aparece como uno de los protagonistas de esta respuesta. El análisis de las rutas metabólicas mostró un enriquecimiento de las vías relacionadas con el metabolismo del glutatión tanto a las 24 como a las 48 horas.
Las glutatión S-transferasas utilizan este compuesto para participar en procesos de detoxificación y protección celular frente a distintos compuestos potencialmente dañinos.
En el caso estudiado, los investigadores encontraron múltiples GST activadas después de la exposición al bispiribac-sodio, lo que refuerza la hipótesis de que este sistema forma parte de la estrategia utilizada por el cáñamo para responder al herbicida.
Una red de genes que trabaja en conjunto
Los investigadores también utilizaron una técnica denominada WGCNA, que permite estudiar qué genes tienden a modificar su actividad de manera coordinada.
El análisis identificó 34 módulos de coexpresión.
Algunos de ellos mostraron una relación particularmente fuerte con la exposición al herbicida. Los módulos amarillo, púrpura y rosa incluyeron genes relacionados con detoxificación, metabolismo del glutatión, transportadores ABC, estrés oxidativo y actividad de monooxigenasas.
Esto resulta relevante porque sugiere que la respuesta de la planta no depende de un único gen.
Por el contrario, diferentes grupos de genes parecen activarse de manera coordinada y participar en distintas etapas de la respuesta al estrés químico.
¿Esto significa que algunos herbicidas son seguros para el cáñamo?
No. Es probablemente la aclaración más importante a partir de los resultados.
El hecho de que tres inhibidores ACCase hayan producido pocos efectos sobre la biomasa en este experimento no significa que puedan utilizarse sobre cualquier cultivo de cáñamo, ni que estén registrados o autorizados para ese uso.
El trabajo se realizó en condiciones controladas de invernadero, utilizando plantas procedentes de una población concreta y dosis diseñadas a partir de recomendaciones para otros cultivos.
Los propios autores señalan que todavía es necesario validar los resultados en condiciones de campo y en diferentes cultivares de cáñamo. También consideran necesario comprobar experimentalmente si los genes identificados realmente cumplen las funciones propuestas mediante estudios funcionales y análisis de los metabolitos producidos durante la detoxificación.
Por ahora, el valor principal del trabajo es otro.
La investigación ofrece una primera referencia molecular para entender cómo responde la planta a los herbicidas y muestra que la tolerancia puede variar enormemente según el principio activo.
Algunos compuestos provocaron la muerte completa de las plantas. Otros tuvieron efectos relativamente pequeños sobre la biomasa. Y frente al bispiribac-sodio, el cáñamo activó una compleja respuesta genética que involucró señalización del estrés, metabolismo secundario y diferentes mecanismos de detoxificación.
Para un cultivo que todavía cuenta con pocas herramientas químicas de control de malezas, conocer esos mecanismos puede ser un primer paso para desarrollar estrategias de manejo más específicas. Pero antes de convertir estos resultados de laboratorio en recomendaciones agronómicas, hacen falta ensayos de campo, más genéticas y estudios que permitan comprobar qué ocurre con los residuos y metabolitos de los herbicidas dentro de la planta.