Los pesticidas no siempre son necesarios. Investigadores de la Universidad de Zúrich han llevado a cabo un exhaustivo estudio de campo que demuestra que los daños causados por los herbívoros se pueden reducir aprovechando la biodiversidad dentro de una especie vegetal.
Por Melanie Nyfeler, Universidad de Zúrich
Diferentes genotipos de plantas pueden cooperar para ayudar a defenderse de los insectos herbívoros. El estudio se ha publicado en la revista Nature Communications .
Al igual que los humanos, las plantas interactúan con las personas que las rodean. Por ejemplo, si las personas que te rodean son más susceptibles a las infecciones, tu propio riesgo de infectarte aumenta, y viceversa.
Lo mismo ocurre con las plantas. Cuando se mezclan y se plantan juntos distintos tipos genéticos de la misma especie vegetal , algunas combinaciones son más resistentes a las plagas y enfermedades. Este efecto positivo sobre la biodiversidad se conoce como resistencia asociativa.
Seguridad y conservación de los alimentos
Uno de los principales retos de la sociedad moderna es conciliar la seguridad alimentaria con la preservación del medio ambiente y la biodiversidad. Las plagas y enfermedades suponen una grave amenaza para los cultivos, por lo que los agentes químicos como los pesticidas son cruciales en la agricultura. Sin embargo, los pesticidas pueden reducir la biodiversidad de los insectos.
«En este contexto, la resistencia asociativa podría ser un nuevo método para garantizar la producción de alimentos preservando la biodiversidad», afirma Kentaro Shimizu, director del Departamento de Biología Evolutiva y Estudios Ambientales de la UZH.
Pero, ¿qué combinaciones de genotipos de plantas se deben plantar juntas para resistir eficazmente a las plagas y enfermedades? Por ejemplo, si se seleccionan dos genotipos de un total de 199, hay 19.701 combinaciones posibles. Los investigadores de la UZH han desarrollado nuevos métodos de predicción genómica utilizando un modelo de física para analizar las interacciones entre individuos a nivel genético.
Amplio trabajo de campo en el jardín de investigación
En primer lugar, los investigadores realizaron experimentos de cultivo de plantas a gran escala durante dos años en campos abiertos en el campus de Irchel y en Japón. Para los 199 genotipos de la planta modelo Arabidopsis thaliana recolectados en todo el mundo, ya se disponía de información de ADN genómico. Los investigadores mezclaron y plantaron al azar más de 30 individuos de cada uno de los genotipos para un total de 6.400 plantas.
«Para contar 52.707 insectos en 6.400 plantas, el investigador principal Yasuhiro Sato pasó meses en el jardín de investigación. Este sorprendente conjunto de datos, recopilado aprovechando el jardín de investigación del campus de Irchel, fue la clave de este estudio», afirma Shimizu.
Hasta ahora no existían métodos para analizar qué regiones genómicas sustentan interacciones como la resistencia asociativa entre individuos de plantas vecinas. Por ello, Yasuhiro Sato y su equipo desarrollaron un nuevo método analítico llamado GWAS vecino.
Este método aplica un modelo utilizado en física para analizar las interacciones entre imanes a las interacciones entre individuos de plantas vecinas. Examina cómo se ve afectado el daño causado por herbívoros cuando hay individuos con secuencias genéticas específicas de ADN adyacentes, basándose en los resultados reales de experimentos de campo.
Hasta un 25% menos de daños causados por herbívoros
A partir del análisis realizado con este nuevo método, se demostró que numerosos genes intervienen en las interacciones con los individuos del entorno. Mediante un método de aprendizaje automático, los investigadores pudieron predecir el daño causado por los herbívoros e identificaron combinaciones de genotipos beneficiosos para los que se predijo la resistencia asociativa.
El equipo de investigación llevó a cabo otro experimento de campo a gran escala durante dos años, plantando alrededor de 2.000 individuos de plantas en pares de genotipos para los que se habían predicho tres niveles diferentes de resistencia asociativa. Este experimento reveló que, en comparación con la plantación de un solo genotipo, la mezcla de dos genotipos redujo el daño causado por los herbívoros en un 24,8% y un 22,7%, respectivamente, para el nivel más alto y el segundo más alto de resistencia asociativa.
Desarrollos futuros
«Desde la perspectiva de la investigación básica, esto puede considerarse un hito en el estudio de las interacciones entre individuos de plantas», afirma Shimizu. «Pone de relieve la importancia de la biodiversidad de dos maneras. En primer lugar, la diversidad genética de los propios cultivos puede reducir los daños causados por las plagas. En segundo lugar, la reducción del uso de pesticidas en entornos agrícolas puede contribuir a la conservación de la biodiversidad, incluida la de los insectos».
Los metaanálisis con Bernhard Schmid como coautor han demostrado que en cultivos como el trigo o el arroz, se logran aumentos de rendimiento de entre el 4% y el 16% si se mezclan genotipos aleatorios en el campo. Según Shimizu, para estas importantes especies de plantas agrícolas cuyos genomas se conocen, el nuevo método permite predecir mezclas de genotipos de plantas específicas que maximizan la resistencia asociativa, aumentando así aún más el rendimiento y, al mismo tiempo, ahorrando en el uso de pesticidas.
Más información: Tiantian Huang et al., Las mezclas de cultivares aumentan el rendimiento de los cultivos y la estabilidad temporal del rendimiento a nivel mundial. Un metaanálisis, Agronomía para el desarrollo sostenible (2024). DOI: 10.1007/s13593-024-00964-6
Yasuhiro Sato et al., Reducción de la herbivoría en plantaciones mixtas mediante predicción genómica de efectos vecinos en el campo, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52374-7 , www.nature.com/articles/s41467-024-52374-7
