Abordar una vulnerabilidad recientemente descubierta en las señales que utilizan los nematodos del quiste para infectar las raíces de las plantas sería una forma eficaz de reducir el daño causado por los gusanos parásitos al cultivo crítico de la soja.
Los investigadores han identificado una sola proteína en los nematodos del quiste de la soja que desencadena docenas de señales químicas, llamadas efectores, que los gusanos redondos microscópicos secretan dentro de las raíces para secuestrar las células de las plantas y crear su propio suministro de alimentos, dijo Thomas Baum, un distinguido profesor de patología vegetal, entomología y microbiología en la Universidad Estatal de Iowa.
La proteína, un factor de transcripción que se une a los genes y los activa o desactiva, es probablemente una de varias proteínas que regulan la producción de efectores, y los investigadores descubrieron que sin ella, las infestaciones de nematodos se reducían significativamente, según un estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
El descubrimiento supone un avance significativo en la reducción de los daños causados por los nematodos del quiste de la soja, la plaga más peligrosa de este cultivo.
Ahora contamos con un objetivo comprobado, un evento molecular medible que involucra un único factor de transcripción. Esta es una prueba de concepto que abre la puerta a diversas nuevas maneras de abordar el control de nematodos, afirmó Baum, coautor del estudio.
Durante años, los nematólogos como Baum han estudiado los efectores con la esperanza de que al atacarlos se pudieran reducir las infestaciones de nematodos del quiste, que también son comunes en otros cultivos como la remolacha azucarera y las patatas. Estos esfuerzos eran algo así como un juego de las escondidas. Los nematodos producen cientos de efectores diferentes, lo que proporciona redundancia y la capacidad de adaptarse rápidamente.
«Si le quitas un efector, el nematodo se reirá y dirá: ‘Ahora tengo diez más'», afirma el investigador.
Sin embargo, los efectores son un mecanismo molecular clave para la invasión de nematodos en las raíces de las plantas. Los nematodos son patógenos complejos que, después de eclosionar en el suelo, llegan a la raíz. Una vez dentro, buscan una célula para capturar. Cuando encuentran lo que buscan, no empiezan con la comida sino con la comunicación.
«El lenguaje que utilizan son sustancias químicas, no palabras. Los efectores envían un mensaje a la célula vegetal, y esta se transforma en un tipo de célula que no se encuentra normalmente en la raíz de la soja. Luego, todas las células vecinas cambian y se fusionan para formar un nuevo órgano enorme cuya única función es alimentar al gusano», explica Baum.
Como los esfuerzos individuales para apuntar a efectores individuales tuvieron poco efecto, los investigadores tuvieron que profundizar más.
Los nematodos del quiste producen sus efectores en sus glándulas esofágicas. En estudios anteriores, el laboratorio de Baum secuenció tanto el genoma completo del nematodo del quiste de la soja como el transcriptoma de sus células glandulares, que documenta la expresión de ARN a lo largo del tiempo. Al comparar los dos conjuntos de datos, los investigadores pueden identificar los genes responsables de los efectores de los nematodos y sus productos.
Baum obtuvo los mismos datos de un colega cercano de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, que está estudiando un nematodo de la remolacha azucarera casi idéntico al nematodo de la soja.
Un grupo de investigación colaborador dirigido por Sebastian Ewes-van den Akker se basó en los datos utilizando un enfoque de análisis de red genética para identificar un factor de transcripción en las glándulas de los nematodos que se activa durante la producción de efectores. Su análisis mostró que 58 genes efectores son activados por este factor de transcripción, al que llaman regulador de la glándula subventral-1 (SUGR-1).
Pero ¿qué activa el SUGR-1? Según los experimentos del grupo de Ewes van den Akker, esto se debe a señales procedentes de las raíces, que los investigadores llamaron efectimulinas. Esto explica por qué SUGR-1 se activó cuando el equipo de investigación de la Universidad de Cambridge lo expuso a extractos de raíces de plantas que son huéspedes conocidos de nematodos.
Lo más interesante de este trabajo para mí es el ciclo de autorrefuerzo que conduce a la infestación de nematodos en las plantas. Destruyen las células vegetales, detectan algunas de las señales que se liberan y responden de una manera que aumenta su capacidad para destruir las células huésped», dijo Ewes van den Akker.
Actualmente, la rotación de cultivos y el desarrollo de variedades con cierta resistencia a los nematodos son las principales medidas de control para el manejo de los nematodos de la soja. Una mejor comprensión de cómo los nematodos engañan a las plantas para que se conviertan en huéspedes voluntarios debería eventualmente ampliar esa caja de herramientas, dice Baum.
Las empresas de mejoramiento podrían desarrollar variedades de soja modificadas genéticamente para producir ARN que, al ser consumido por los nematodos, impida la activación de SUGR-1. Otra opción es bloquear los efectos efectores mediante tratamiento químico, edición genética o selección. Los métodos no tienen que ser exhaustivos, ya que simplemente reducir la virulencia hará una diferencia.
Con los nematodos, no es necesario eliminar todos los gusanos. Si pudiera reducir la infección en un 40%, sería un gran logro. «Realmente reduciría los daños a los cultivos», dijo Baum.
Los hallazgos también tienen potencial para el tratamiento veterinario y humano, ya que varias especies de nematodos son parásitos dañinos en los animales.
Baum y Ewes van den Akker planean continuar su trabajo conjunto sobre los nematodos del quiste, ya que esta fructífera asociación ya se lleva a cabo durante muchos años, agregó Baum.
“Si diseñaras una forma de interactuar con un asistente de investigación, sería algo así: se apoyan mutuamente y comparten información libremente para progresar”, dijo.
Baum dijo que las investigaciones futuras revelarán más sobre la mecánica genética y molecular de la producción de efectores, lo que debería ofrecer formas adicionales de interrumpir la señalización importante entre los nematodos del quiste y sus plantas hospedantes. SUGR-1 es solo el primero en aparecer en la mira. Pero sabemos que hay otros. Esto es solo el comienzo. «Habrá muchos objetivos», concluyó el investigador.
Fuente: Universidad Estatal de Iowa.
En la imagen se muestra la cabeza de un nematodo del quiste vista a través de un microscopio de alta potencia para mostrar sus glándulas esofágicas, que producen los efectores que utiliza para infectar a sus plantas hospedantes. La imagen ha sido editada digitalmente para resaltar las glándulas. Las glándulas subventrales responsables de SUGR-1 están teñidas de azul . Créditos de las fotografías: Tom Mayer y Thomas Baum/Universidad Estatal de Iowa.
