Identificación de genes para mejorar genéticamente la resistencia a enfermedades en especies vegetales de cultivo vulnerables
La sanidad vegetal es fundamental para la seguridad alimentaria, pero hasta el 30 % de nuestros cultivos alimenticios básicos más importantes se pierden por enfermedades. El tejido de los cultivos puede tratarse químicamente, pero el sistema radicular es más difícil de proteger. La mayoría de los esfuerzos implican la cría selectiva de plantas resistentes a patógenos específicos a través de la modificación genética. «Sin embargo, los patógenos acaban superando o evadiendo los genes de resistencia a enfermedades», explica Sebastian Schornack, coordinador del proyecto ACHILLES-HEEL, financiado por el Consejo Europeo de Investigación. El equipo de ACHILLES-HEEL identificó procesos vegetales básicos de los que dependen los patógenos para entrar y establecerse en una planta. «Pensamos en esta dependencia como su talón de Aquiles. Si podemos eliminar estos procesos, debilitamos la capacidad del patógeno para provocar enfermedades», añade Schornack, que trabaja en la Universidad de Cambridge, entidad anfitriona del proyecto. Como es probable que patógenos parecidos requieran procesos vegetales similares para la infección, este planteamiento ofrece la posibilidad de una solución de amplio espectro. En ACHILLES-HEEL se identificaron genes que pueden conferir a las plantas una mayor resiliencia a la infección de raíces, después de su manipulación funcional parcial o total.
Encontrar el patógeno de prueba
El primer reto del equipo consistió en que los patógenos que dependen de la cooptación de los procesos de una planta, en lugar de solo matar al hospedador, se han adaptado por lo general a hospedadores específicos, lo que hace que cualquier proceso que favorezca la infección solo sea relevante para ese patógeno. El carbón del maíz, la roya del guisante y el oidio de la cebada son algunos ejemplos de este fenómeno. «Necesitábamos un patógeno que infectara una amplia gama de plantas no relacionadas entre sí y que mantuviera vivo el tejido. Esto revelaría los mecanismos comunes de las plantas que utiliza el patógeno y que deben desactivarse», explica Schornack. «Phytophthora palmivora» cumplió con los requisitos, ya que coloniza las raíces y hojas de las legumbres, la cebada y el trigo, así como de plantas hepáticas, tal y como descubrió el equipo del proyecto. Tras desarrollar un programa informático de análisis de datos, el equipo llevó a cabo pruebas de infección por patógenos de raíces y hojas que permitieron identificar dos genes en una especie de leguminosa («Medicago truncatula»), que pueden modificar los procesos de la planta utilizados por el patógeno. Uno, RAD1, no es adecuado porque interrumpe la colonización de hongos beneficiosos, pero el otro, API, se está probando actualmente en la cebada. «La cebada tiene tres de estos genes. Los estamos inactivando de forma individual para comprobar si las plantas se vuelven más resistentes a la infección radicular por “P. palmivora”. Los primeros resultados parecen prometedores, pero aún tenemos que probar los efectos sobre los hongos beneficiosos», comenta Schornack. Para ello, el equipo está empleando una herramienta basada en la inteligencia artificial de diseño propio denominada AMFinder, que permite detectar estructuras fúngicas dentro de las raíces. Un descubrimiento sorprendente ha sido que las plantas con raíces resistentes aún podrían ser susceptibles en sus tallos y viceversa. «La colonización por microbios filamentosos es específica para un órgano, por lo que la inactivación de un gen en la planta podría no tener el mismo efecto en todos sus órganos», comenta Schornack.
Potencial de crecimiento
Por lo general, la mejora genética de plantas resistentes supone la introducción de genes receptores inmunitarios denominados NLR, o genes con dominio de unión de nucleótidos y dominio repetido rico en leucina. Sin embargo, esta requiere mucho tiempo y con frecuencia confiere resistencia solo a un patógeno concreto, mientras que los métodos transgénicos más rápidos tienen que hacer frente a obstáculos jurídicos en muchos países de la Unión Europea. Si se demuestra su eficacia, los fitomejoradores de cultivos básicos podrían utilizar los genes identificados en ACHILLES-HEEL para ayudar a garantizar el suministro de alimentos, con potencial para otras especies vegetales de cultivo comerciales que normalmente se emplean en los países en desarrollo y que son atacadas por «P. palmivora», como la palmera de aceite, el cacao, el coco, el árbol del caucho y la papaya. «Dada la similitud de la estrategia de infección de “P. palmivora” con otros patógenos, es probable que esto sea relevante para otros patógenos como las especies del género “Pythium”, hongos de la roya y del género “Fusarium”», concluye Schornack. Los resultados publicados del proyecto ayudarán a los investigadores a detectar y caracterizar «P. palmivora», e incluyen una descripción de su ciclo de vida y un transcriptoma anotado de la infección radicular.
Palabras clave
ACHILLES-HEEL, especies vegetales de cultivo, patógeno, enfermedad, infección, gen, resistencia, mejora genética, hongos, API, planta, raíces, tejido
