El consorcio de investigación internacional «Cultivos saludables» dirigido por el profesor Dr. Wolf B. Frommer de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) está desarrollando variedades de arroz resistentes a enfermedades.
por Arne Claussen, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
En eLife , los autores ahora informan sobre el descubrimiento de un brote bacteriano reciente en Tanzania y describen cómo modificaron una variedad de arroz africano para hacerla resistente al patógeno.
El tizón bacteriano del arroz, que es causado por la bacteria Xanthomonas oryzae patovar oryzae (Xoo para abreviar), es responsable de devastadoras pérdidas de cosechas entre los productores de arroz cada año. Sobre todo, amenaza los medios de subsistencia de los pequeños agricultores en Asia y África, y es responsable de la desnutrición y la hambruna en las regiones afectadas.
Aunque el tizón bacteriano no se consideraba una amenaza importante para la producción de arroz en Tanzania hasta ahora, en 2019 se detectaron campos en la región de Morogoro en el este de Tanzania que mostraban en parte daños severos por la enfermedad. Las encuestas posteriores indicaron además que el patógeno ya se había extendido a muchas regiones de Tanzania.
En base a la rápida propagación, no es improbable que la enfermedad también migre a los países vecinos. Para determinar el arsenal utilizado por esta cepa, se secuenció el genoma del patógeno. El análisis de las secuencias mostró que las bacterias son distintas de las poblaciones nativas de África y son muy similares a las cepas de Asia. Similares a las cepas asiáticas, pero diferentes de las africanas, tienen una herramienta que bloquea un gen común de resistencia al arroz, llamado iTAL, y poseen un conjunto particular de llaves para la despensa de las plantas.
La inyección de una proteína «clave» reguladora, desarrollada por estas bacterias, en las células de arroz activa la producción de un transportador de azúcar llamado SWEET11a que conduce a la liberación de azúcar en la vecindad de la bacteria, que puede servir para la nutrición y es necesaria para multiplicación y virulencia de las bacterias.
Según el Dr. Boris Szurek, quien dirige el grupo involucrado en el estudio en el Instituto Nacional de Investigación para el Desarrollo Sostenible (IRD) de Francia: «Hasta 2019, nunca se encontraron cepas de Asia en África. De manera similar, no se encontraron cepas africanas en Asia. , que apunta a una introducción reciente de Asia a África, que ahora está causando pérdidas de rendimiento en Tanzania».
El profesor Dr. Wolf B. Frommer del Instituto de Fisiología Molecular de HHU, que dirige el consorcio de investigación internacional «Cultivos saludables», explica: «Para proteger la producción de arroz africano de la amenaza emergente de las bacterias patógenas, hemos utilizado nuevas técnicas de mejoramiento. para cambiar las cerraduras en la popular variedad de élite de África Oriental ‘Komboka’ para que la llave del patógeno ya no pueda abrir la despensa y, por lo tanto, no cause la enfermedad. Las líneas editadas muestran resistencia de amplio espectro contra todas las cepas asiáticas y africanas conocidas de Xoo, incluidas las cepas recientemente descubiertas en Tanzania».
El coautor, el profesor Dr. Bing Yang de la Universidad de Missouri en Columbia, EE. UU., agrega: «Tenemos la intención de ayudar a los científicos africanos con estos descubrimientos y usar nuevos métodos de mejoramiento para desarrollar variedades de arroz resistentes a enfermedades adaptadas localmente. El conocimiento también se puede usar para informar sobre el mejoramiento convencional de variedades resistentes a las cepas de rápida propagación para aquellos países que aún no han establecido regulaciones para nuevas técnicas de mejoramiento”.
Antecedentes: Tizón bacteriano del arroz
La producción de arroz es vital para la seguridad alimentaria , el desarrollo regional y el alivio de la pobreza en muchos países, especialmente en los países en desarrollo. Alrededor de 900 millones de personas de hogares de bajos ingresos en todo el mundo dependen actualmente de la producción de arroz como productores o consumidores. El arroz es el alimento básico más importante para más de cuatro mil millones de personas en todo el mundo.
El tizón bacteriano es una enfermedad devastadora del arroz que amenaza los medios de subsistencia de los productores de alimentos a pequeña escala y de bajos ingresos en África y Asia en particular. En India, por ejemplo, casi el diez por ciento de las cosechas se pierden a causa de esta enfermedad cada año, y eso a pesar de las medidas de protección efectivas. Las nuevas líneas de arroz desarrolladas podrían evitar estas pérdidas de rendimiento y, por lo tanto, proporcionar arroz a muchos millones de personas, que de lo contrario correrían el riesgo de sufrir hambruna.
La enfermedad es causada por la bacteria Xanthomonas oryzae patovar oryzae (Xoo para abreviar). Durante la infección, Xoo introduce en las células vegetales una serie de proteínas denominadas efectores TAL, que se unen al genoma del huésped y activan la expresión de genes vegetales, favoreciendo así la producción de transportadores de sacarosa de la familia «SWEET».
Una vez que los DULCES se integran en la membrana plasmática, las células secretan una gran cantidad de azúcar de la que luego se alimentan las bacterias Xoo. Esto, a su vez, provoca el marchitamiento y la desecación de las hojas y, finalmente, la muerte de las plantas de arroz.
Proyecto ‘Cultivos Saludables’
Los plaguicidas se utilizan a menudo para combatir Xoo, sin embargo, su eficacia es limitada y exponen a la población a riesgos. El proyecto de investigación internacional sin fines de lucro «Cultivos saludables» adopta un enfoque diferente, con el objetivo de mejorar y poner a disposición líneas de arroz resistentes a la enfermedad. Se espera que esto aumente significativamente los rendimientos de los pequeños productores de alimentos en África y Asia.
El proyecto es un consorcio internacional que involucra a científicos de HHU, la Universidad de Florida y la Universidad de Missouri en los EE. UU., el Centro Internacional de Agricultura Tropical en Colombia (CIAT), el Instituto Nacional de Investigación para el Desarrollo Sostenible (IRD) de Francia , Research Institute (IRRI) en Filipinas y Kenia, y dos institutos del Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR). El proyecto está dirigido por el profesor Wolf B. Frommer, que trabaja en HHU; Dr. Marcel Buchholzer es responsable de la coordinación del proyecto en Düsseldorf.
Para lograr sus objetivos, el consorcio ha desarrollado una estrategia para combatir el tizón bacteriano. El equipo ya ha mejorado con éxito líneas de arroz resistentes a enfermedades . Además, se ha desarrollado una caja de herramientas de diagnóstico para permitir el diagnóstico rápido de cepas bacterianas patógenas emergentes.
Más información: Van Schepler-Luu et al, La edición del genoma de una variedad de arroz de élite africana confiere resistencia contra Xanthomonas oryzae pv endémica y emergente. cepas oryzae, eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.84864
