Combaten los ataques de nematodos en la soja utilizando bacterias enlazadas con péptidos: EEUU


Hay esperanza en el horizonte para los productores de soya que luchan contra los nematodos, esos diminutos gusanos redondos que dañaron más de $95 millones en cultivos de soya en Arkansas el año pasado.


Después de varios años de investigación, los científicos de la Estación Experimental Agrícola de Arkansas y otras instituciones de concesión de tierras en California, Washington e Indiana han encontrado una manera de aumentar las defensas naturales de una planta de soya y reducir la reproducción de los nematodos del quiste y del nudo de la raíz de la soya usando aminoácidos especiales. ácidos llamados péptidos.

″Vimos que los tratamientos de semillas con péptidos inductores de plantas sintéticos fueron capaces de reducir la infección por nematodos del quiste de la soja y nematodos del nudo de la raíz″, Fiona Goggin, profesora de entomología en la estación experimental, el brazo de investigación de la División de Agricultura del Sistema de la Universidad de Arkansas , dijo a un grupo de científicos en el simposio de otoño del Arkansas Biosciences Institute. ″Y tenemos nuevos resultados que muestran que las rizobacterias, o bacterias que colonizan los sistemas de raíces, pueden representar un enfoque alternativo prometedor para entregar esos péptidos para el control de nematodos.″

Los péptidos elicitores de plantas (PEP) son moléculas de señalización natural que inician una respuesta de defensa en las plantas cuando son dañadas por nematodos o enfermedades. Si bien hay una variedad de cultivares resistentes a los nematodos entre los que los productores de Arkansas pueden elegir, ninguno puede controlar todas las cepas del nematodo del quiste de la soja y del nematodo agallador al mismo tiempo, dijo Goggin. Los nematodos causan daños similares a la planta, pero son genéticamente diferentes.

″Entonces, necesitamos medidas de control adicionales que sean de amplio espectro y no solo dirigidas a una especie u otra″, dijo Goggin.

Además de recubrir las semillas de soja con péptidos sintéticos que aumentan la resistencia, los investigadores también experimentaron con una bacteria común no patógena que se modificó para administrar péptidos inductores de plantas. Un beneficio del método de administración de bacterias sobre el recubrimiento de semillas es una protección más prolongada durante el ciclo de crecimiento de la planta. Goggin dijo que las pruebas muestran que el tratamiento bacteriano redujo la reproducción del nematodo del quiste de la soja. Su equipo ahora está realizando experimentos para ver si el método también funciona con el nematodo agallador.

Goggin dijo que de las enfermedades que atacan la soya, la principal causa de la pérdida de rendimiento de la soya en los Estados Unidos es el nematodo del quiste de la soya, y el nematodo agallador se encuentra entre las cinco plagas principales del cultivo. Arkansas tiene un problema mayor con el nematodo agallador. Las pérdidas económicas en los cultivos de soja en Arkansas a causa del nematodo agallador aumentaron un 180 % entre 2011 y 2021, según datos de Crop Protection Network. Los datos de la red muestran que el nematodo agallador creó una pérdida de rendimiento del 4 por ciento en los cultivos de soja en el estado el año pasado: más de 6,6 millones de bushels valorados en más de $84,6 millones. El nematodo del quiste de la soya dañó alrededor de $10.5 millones en la soya de Arkansas el año pasado.

Los científicos de la Estación Experimental Agrícola de Arkansas tienen varios proyectos de investigación destinados a mejorar la producción de soja. En términos de ingresos agrícolas en efectivo, la soya tiene el valor más alto entre los cultivos en hileras en Arkansas con $1,565 mil millones, según el Perfil agrícola de Arkansas de 2022. La soja es el cultivo más común en Arkansas, con más del doble de la superficie cultivada de arroz, agrega el perfil agrícola.

La harina de soya se usa principalmente como un suplemento rico en proteínas en la alimentación animal. El frijol se compone de aproximadamente un 20 por ciento de aceite y también se puede utilizar para producir biodiesel.

Cómo funciona el método

El proceso de señalización de daño de la planta comienza cuando los péptidos bioactivos cortos se escinden de los propéptidos más largos, cadenas de aminoácidos que no son biológicamente activas, explicó Goggin.

Investigaciones anteriores en otros laboratorios demostraron que las respuestas de una planta pueden fortalecerse contra patógenos e insectos cuando se les proporciona un exceso de propéptidos o se les suministra el péptido bioactivo artificialmente. Goggin colaboró ​​​​con Alisa Huffaker en la Universidad de California-San Diego, una investigadora involucrada en el descubrimiento original de péptidos inductores de plantas en Arabidopsis, una planta comúnmente utilizada para experimentos. Juntos, demostraron que el tratamiento de semillas de soja con péptidos inductores de plantas de soja podría reducir la infección por el nematodo del quiste y el nematodo agallador de la soja, sin suprimir el crecimiento de la raíz o el desarrollo de la semilla.

Debido a que los efectos del tratamiento de semillas pueden no trasladarse a etapas posteriores de la temporada de crecimiento, el laboratorio de Goggin también experimentó con el uso de un sistema de administración de bacterias para lograr un impacto a largo plazo y posibles ahorros de costos. Colaboraron con Cynthia Gleason en la Universidad Estatal de Washington y Lei Zhang en la Universidad de Purdue, quienes anteriormente habían usado bacterias para administrar péptidos en papas. Los resultados iniciales son prometedores y sugieren que este enfoque puede ayudar a limitar el nematodo del quiste de la soja, dijo Goggin. Los siguientes investigadores del laboratorio de Goggin también han sido socios integrales en la investigación: Abeer Alnasrawi, Ph.D. candidato en el programa de biología celular y molecular; Ashley Humphreys, estudiante de posgrado; y los becarios postdoctorales Min Woo Lee y Payal Sanadhya.

Algunos fondos iniciales para esta investigación provinieron del Instituto de Biociencias de Arkansas, dijo Goggin en el simposio. El Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del Departamento de Agricultura de EE. UU. también otorgó una subvención de $ 499,936 a Goggin y a los co-investigadores John Rupe y Alejandro Rojas en 2021 para investigar métodos para impulsar la respuesta de defensa de la soya contra nematodos y patógenos del suelo.

Debido a que los tratamientos alternativos aumentan las defensas naturales de la planta, podría disminuir el potencial de resistencia a los pesticidas, anotó Goggin. Ciertos pesticidas usados ​​para el manejo de nematodos se usan para otros problemas como los hongos.

″Cuanto más se usen estos pesticidas, mayor será el potencial de resistencia a estos pesticidas, tal como se ve con la resistencia a los antibióticos″, dijo Goggin.

La ciencia detrás de sus descubrimientos también puede ser efectiva en otras plantas que son susceptibles a los nematodos, agregó.

″Es posible que estos péptidos puedan funcionar en otras enfermedades transmitidas por el suelo, y también estamos interesados ​​en combinar estas rizobacterias genéticamente modificadas con otros agentes de control biológico que se están explorando para el manejo de nematodos o enfermedades″, dijo Goggin.

Con resultados positivos del uso de bacterias modificadas para introducir péptidos inductores de plantas en las raíces de las plantas de soja y reducir la reproducción de nematodos, el esfuerzo de investigación colaborativa podría conducir al desarrollo comercial de un sistema alternativo de manejo de patógenos que tenga efectos duraderos y anule la resistencia a los pesticidas. .

Fuente: Universidad de Arkansas



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