Las marchiteces bacterianas devastan los principales cultivos de alimentos en todo el mundo; hasta ahora, los agricultores tenían que esperar a que las plantas maduras observaran la resistencia a la enfermedad. Ahora, un nuevo enfoque promete pronosticar la resistencia de los cultivares mucho antes de lo que era posible antes: en la etapa de las plántulas.
Universidad de Johannesburgo
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IMAGEN: La marchitez bacteriana devasta los cultivos de tomate en todo el mundo. Hasta ahora, los agricultores tenían que esperar a que las plantas maduras observaran la resistencia a la enfermedad. Ahora la investigación muestra una posible forma de ahorrar tiempo... vea más
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Las marchiteces bacterianas devastan los cultivos de alimentos en todo el mundo. Destruye las principales plantas de cultivo como los tomates, las patatas, los plátanos, el jengibre y la pimienta. Ocurre en muchos países y ataca a más de 200 especies de plantas.
La bacteria que causa la enfermedad persiste en el suelo, las semillas y el material vegetal durante años. También puede infectar el agua y el equipo agrícola.
A los fitomejoradores y agricultores les gustaría saber lo resistente que es un cultivar a la bacteria tan pronto como sea posible. Pero hasta ahora han tenido que plantar - y luego esperar a que las plantas maduras observen la resistencia en los campos.
Ahora la investigación muestra una manera posible de ahorrar tiempo y reducir significativamente el riesgo para los agricultores y los fitomejoradores. Un nuevo enfoque promete pronosticar la resistencia del cultivar mucho antes de lo que era posible antes.
Los investigadores pueden ahora analizar la resistencia de los cultivares en la etapa de las plántulas para detectar una serie de amenazas. Utilizan la metabolómica vegetal y la modelización estadística para decodificar las defensas químicas de las plantas.
Combinado con métodos genéticos, el enfoque será útil para identificar la resistencia que depende de varios genes, un desafío de larga data en el fitomejoramiento.
El dilema del agricultor
"Cuando los agricultores compran semillas, necesitan pensar en las amenazas que las plantas tendrán para sobrevivir. Una granja puede tener sequía y calor, por ejemplo. Si el suelo ya está infectado con la bacteria Ralstonia solanacearum que causa marchitez, el agricultor tiene dos opciones, dice el profesor Ian Dubery. Es Director del Centro de Investigación en Metabolómica Vegetal de la Universidad de Johannesburgo.
"Primero, no plante cultivos que sean atacados por la marchitez bacteriana. Dos, escoja cultivares de plantas que sean más resistentes. Si hay sequía, calor y marchitez bacteriana, el agricultor quiere un cultivar que sea lo suficientemente resistente a las tres amenazas".
Esto puede parecer simple en la era de la secuenciación de ADN del genoma completo. Analice todos los genes de los cultivares, y elija los que tengan los genes correctos para las amenazas en una granja en particular. Pero la resistencia de una planta puede no funcionar así. Para una amenaza, un solo gen puede activar o desactivar la resistencia. Por otra parte, varios genes pueden estar involucrados.
"Es difícil ver qué cultivares son resistentes a la marchitez bacteriana. La resistencia a Ralstonia solanacearum es un rasgo multigénico -depende de muchos genes- y aún no se conoce bien. Llevará tiempo antes de que la ciencia sepa cómo funciona", añade Dubery.
Confiar en el aspecto de las plantas también puede ser engañoso. Cuando las plantas son jóvenes, puede ser posible decir que un cultivar es incapaz de defenderse contra una amenaza - que es susceptible. Pero la eliminación de cultivares susceptibles no le deja con seguridad con cultivares resistentes, dice Dubery. En la inmunidad de las plantas, la susceptibilidad y la resistencia pueden estar fuertemente influenciadas por factores ambientales.
Con la situación actual, los agricultores corren el riesgo de que las plántulas mueran en el suelo infectado. Las plantas maduras también pueden resultar menos resistentes de lo esperado. Los fitomejoradores corren el riesgo de perder tiempo en la mejora de cultivares que no son aptos para la agricultura.
Defensas químicas del tomate
Para el artículo de investigación, el entonces estudiante de Honor Dylan Zeiss estudió cuatro cultivares de tomate. Los cultivares muestran una resistencia media a alta a Ralstonia solanacearum en la agricultura comercial.
Tomó trozos de hojas, tallos y raíces de plantas sanas de cada cultivar y los machacó. Luego analizó estas mezclas en busca de químicos que los cultivares hacen para defenderse.
"Las plantas pueden desarrollar resistencia a las amenazas, como las bacterias, los virus o el estrés ambiental. Pero a diferencia de los animales, no tienen células inmunitarias circulantes en apoyo de la inmunidad adquirida", dice Zeiss.
"Las plantas usan la resistencia innata codificada por sus genes. También sintetizan una variedad de productos químicos antimicrobianos para contrarrestar las amenazas. Para cada amenaza, una planta necesita hacer un'cóctel' químico diferente. El cóctel necesario puede variar, dependiendo de la ubicación, el clima y otros factores de estrés", dice.
Zeiss analizó 41 de estos productos químicos, llamados metabolitos secundarios, de los cultivares de tomate. Utilizó cromatografía líquida combinada con espectrometría de masas de alta definición. Esto mostró qué cultivares producían qué metabolitos y en qué cantidad.
Luego los investigadores pasaron los datos en bruto a través de un motor de estadísticas para hacer un análisis multivariado.
Mejor que la genética sola
Las plantas 'notan' lo que las ataca en su entorno. Algunos cultivares son más capaces de detectar varias amenazas a la vez y de fabricar todos los productos químicos necesarios para defenderse.
Si un cultivar tiene mayor resistencia contra una amenaza, producirá más de los productos químicos necesarios. Estos productos químicos aparecen como picos fuertes en los análisis. Si el cultivar no tiene mucha resistencia contra esa amenaza, no produce el químico, o lo hace en cantidades mucho menores.
Los investigadores compararon la composición química del cultivar 'cóctel', y lo correlacionaron con la resistencia conocida de los cultivares a la marchitez bacteriana. En el proceso, encontraron una "huella dactilar del metabolito" para la resistencia del tomate a la marchitez.
"En principio, podemos utilizar este enfoque para cualquier interacción planta-patógeno. La resistencia probable de un cultivar puede ser pronosticada en la etapa de semillero", dice Dubery.
"Si un cultivar tiene la capacidad genética de desarrollar resistencia a una amenaza, sintetizará los químicos para defenderse. De esta manera, podemos `ver' la resistencia de las plantas mucho mejor que sólo mirarlas.
"Y podemos hacer esto cuando las plántulas tienen sólo unas pocas semanas, en lugar de esperar meses para ver si las plantas maduras son resistentes", dice.
En el futuro, los fitomejoradores podrán seleccionar cultivares de cultivos alimentarios más resistentes al calor, la sequía, las bacterias y los virus, combinando la metabolómica con la tecnología basada en genes, dice Dubery
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