Desmalezado eficaz y ecológicamente responsable
Muchas plantas, incluidos los cultivos, tienen sus propias defensas químicas, que constituyen esencialmente un arsenal para luchar contra insectos, patógenos y especies vecinas. Estas defensas químicas pueden ser muy diversas y, a veces, exclusivas de una sola especie. «No entendemos cómo algunas especies vegetales son capaces de tolerar el ataque químico que sufren por parte de las malas hierbas, así que queríamos descubrir las dianas moleculares de las fitotoxinas de origen vegetal e identificar los componentes genéticos esenciales para la tolerancia a estas sustancias», explica Claude Becker, coordinador del proyecto FEAR-SAP, dirigido por la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich. Becker y su equipo tuvieron en cuenta los benzoxazinoides, un tipo de sustancia química de defensa que producen muchas gramíneas, incluidos cultivos importantes como el maíz, el trigo y el centeno. «Nuestro planteamiento no tenía precedentes sobre el terreno. Las interacciones planta-planta se habían estudiado desde una perspectiva bioquímica y ecológica, pero no aplicando métodos genómicos y genéticos, y no junto con el estudio del microbioma de la planta en el extremo receptor de esta interacción», afirma.
Aprovechar las fitotoxinas para proteger las plantas de cultivo
En el proyecto FEAR-SAP, apoyado por el Consejo Europeo de Investigación, el equipo se centró en dos cuestiones principales: ¿Cuál es el modo de acción molecular de los benzoxazinoides? Dicho de otro modo, ¿cómo inhiben los benzoxazinoides el crecimiento de las plantas? ¿Y cómo consiguen las plantas que producen dichas sustancias químicas eludir su propia toxina? Para encontrar respuestas, el equipo del proyecto estudió una planta expuesta a los benzoxazinoides, pero que no es capaz de producirlos. «Utilizamos la planta modelo genética “Arabidopsis thaliana”, para la que existen muchos recursos genéticos disponibles. Cultivamos cientos de muestras naturales en diferentes tipos de suelo, así como en un medio complementado con benzoxazinoides. Luego puntuamos las diferencias en la respuesta», añade Becker. El equipo de FEAR-SAP también estudió los efectos de los benzoxazinoides en las bacterias asociadas a las raíces, ya que una de las hipótesis era que los benzoxazinoides podrían inhibir el crecimiento de las plantas al afectar al microbioma de las raíces. «En ambos casos, aplicamos métodos de genética cuantitativa para identificar genes subyacentes a la respuesta de plantas o microorganismos».
Amplia gama de análisis de genética molecular, genómica y metagenómica
La interacción es muy sofisticada, y Becker señala que los entornos de investigación de complejidad reducida limitan nuestra capacidad para comprender plenamente las interacciones. «Necesitaremos más avances en tecnología y recursos de datos para captar la imagen completa», señala. «Los métodos a gran escala que incluyen datos fenotípicos, genómicos, transcriptómicos y genéticos —como el aplicado por el proyecto FEAR-SAP— nos permiten desentrañar partes de esta complejidad». En el proyecto FEAR-SAP se ha establecido que el genotipo de la planta desempeña un papel fundamental en la forma en que responde a los compuestos que libera uno de sus vecinos. Además, ese compuesto puede modificarse ampliamente en el corto trayecto que va del donante al receptor. El equipo está empezando ahora a trasladar sus resultados fuera del sistema genético modelo. «También hemos generado trigo sin benzoxazinoides, que actualmente estamos propagando para ensayos de campo», afirma. Becker está orgulloso de que el proyecto haya conseguido aplicar planteamientos genómicos, en un sentido más amplio, a este campo de investigación, y con ello abrirlo a nuevas disciplinas. «Cabe esperar que la cuestión de la interacción bioquímica planta-planta, o alelopatía, que se ha abordado durante más de un siglo en un nicho relativamente pequeño de la biología, resulte atractiva para investigadores de disciplinas hasta ahora no relacionadas», concluye Becker.
Palabras clave
FEAR-SAP, desmalezado, plantas de cultivo, benzoxazinoides, genética molecular, genómica, análisis metagenómicos, trigo sin benzoxazinoides, maíz, centeno
