Los hongos nocivos causan enormes pérdidas agrícolas. Las técnicas convencionales para combatirlos implican el uso de fungicidas venenosos.
por el Instituto de Tecnología de Karlsruhe
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), en colaboración con socios de Alemania, Francia y Suiza en el proyecto DialogProTec, han desarrollado alternativas ambientalmente seguras que engañan la comunicación química de los patógenos con las plantas. Ahora que se ha completado la investigación, la nueva tecnología está lista para su uso.
Primero, las hojas se vuelven marrones, luego muere toda la vid. Una infección por hongos llamada esca es una amenaza para la producción de vino en Europa y causa daños millonarios a los enólogos cada año. «Esta enfermedad se conoce en el sur de Europa desde la Edad Media, pero nunca jugó un papel importante», dice la Dra. Alexandra Wolf del Instituto Botánico de KIT, que coordina el proyecto DialogProTec. «Pero debido al cambio climático , el hongo ahora se encuentra con muchas plantas debilitadas por el estrés climático».
La protección convencional de las plantas suele implicar el uso de fungicidas venenosos para combatir enfermedades fúngicas como la esca. En DialogProTec, los investigadores han desarrollado un enfoque completamente nuevo que funciona sin toxinas peligrosas para el medio ambiente. «En la naturaleza, los organismos interactúan mediante señales químicas . Hemos podido identificar algunas de las señales entre el huésped y el patógeno y manipularlas», dice Wolf, quien agrega que este «biohack» es preciso y efectivo y tiene una huella ecológica mínima.
Para desarrollar los nuevos métodos, el proyecto dirigido por KIT fundó una red de investigación interdisciplinaria que incluye especialistas en botánica, genética fúngica, tecnología de microsistemas, química orgánica y ciencias agrícolas. La red utilizó unas 20.000 cepas de hongos de la colección del Instituto de Biotecnología e Investigación de Medicamentos (IBFW) en Kaiserslautern y unas 6.000 especies de plantas de KIT.
Rastreando sustancias señalizadoras con alta tecnología
Los investigadores no necesitaron trabajar con plantas y hongos completos para identificar y explotar las señales correctas. En cambio, trabajaron con células individuales . Un chip de microfluidos desarrollado conjuntamente con el Instituto de Tecnología de Microestructuras de KIT sirvió como base para un ecosistema en miniatura. «Colocamos células de plantas y hongos en chips de unos pocos centímetros cuadrados de tamaño para que no puedan entrar en contacto físico pero puedan interactuar químicamente a través de una corriente de microfluidos», dice Christian Metzger del Instituto Botánico de KIT.
«Para hacer visible esta interacción, equipamos el material genético en las células vegetales con un interruptor de genes y un gen de fluorescencia. Cada vez que una señal química activa el sistema inmunológico, podemos medir la fluorescencia verde». Los cambios de genes provienen de vides silvestres, en las que los investigadores habían detectado previamente una respuesta inmune especialmente activa.
Vacunación de plantas lista para probar
Durante sus investigaciones, los investigadores primero descifraron la comunicación química entre hongos y plantas que acompaña a un ataque de hongos. Una de las cosas que identificaron fueron las sustancias señalizadoras que utiliza el hongo para suprimir la respuesta inmunitaria de la planta. «Son parte de una interacción química formada por un largo proceso evolutivo y se producen tan pronto como el hongo detecta señales de estrés específicas de la planta», explica el profesor Peter Nick, que dirige el proyecto y el Instituto Botánico. Luego, el equipo identificó moléculas que podrían usarse para reactivar la respuesta inmune. «Cuando los usamos para la protección de las plantas, las plantas a menudo pueden protegerse del hongo. Puede pensar en ello como una vacuna para las plantas», dice Nick.
La tecnología innovadora de DialogProTec ya está en camino hacia el uso práctico y pronto se probará en el campo. Además de su trabajo en una alternativa a los fungicidas, el equipo del proyecto también ha desarrollado nuevos enfoques para promover el crecimiento de las plantas o combatir las malas hierbas, donde las sustancias señal también podrían reemplazar a los herbicidas venenosos en el futuro.
