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El avance matemático en el control de plagas no tóxicas que no daña a las abejas


Un matemático de la Universidad de Sussex, el Dr. Konstantin Blyuss, que trabaja con biólogos en la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania, ha desarrollado una forma libre de químicos para atacar con precisión un gusano parásito que destruye los cultivos de trigo.


por Anna Ford, Universidad de Sussex


Este método innovador de control de plagas funciona con los propios genes de la planta para matar gusanos microscópicos específicos, llamados nematodos, sin dañar a ningún otro insecto, ave o mamífero.

El Dr. Blyuss, de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Sussex, dijo: «Dado que la creciente población mundial necesita ser alimentada y la urgente necesidad de pasar de los combustibles fósiles a los biocombustibles, nuestra investigación es un importante paso adelante. en la búsqueda de protección de cultivos que no dañe a las abejas u otros insectos «.

Se estima que cada año se pierden $ 130 mil millones en cultivos por enfermedades causadas por nematodos.

Atacar los nematodos dañinos con pesticidas químicos es problemático porque pueden dañar indiscriminadamente a otros insectos.

Existen bacterias naturales que se encuentran en el suelo que pueden ayudar a proteger a las plantas contra los nematodos dañinos, pero hasta ahora no ha habido una manera efectiva de aprovechar el poder de estas bacterias para proteger los cultivos a gran escala.

El Dr. Blyuss y sus colegas han utilizado la «interferencia de ARN» (ARNi) para atacar con precisión una especie de nematodo que daña el trigo .

El Dr. Blyuss explicó: «Un nematodo, como todos los demás organismos vivos, requiere que se produzcan algunas proteínas para sobrevivir y producir descendencia, y la interferencia de ARN es un proceso que detiene, o silencia, la producción de estos».

El equipo ha desarrollado un método para «silenciar» los genes dañinos de los nematodos mediante el uso de bioestimulantes derivados de bacterias naturales del suelo. Los bioestimulantes también «apagan» los genes propios de la planta que se ven afectados por los nematodos, lo que dificulta que el parásito dañe el cultivo.

El proceso de silenciamiento del gen se activa cuando los bioestimulantes, que son metabolitos de bacterias que se producen naturalmente en el suelo, se aplican al trigo. Los bioestimulantes pueden aplicarse empapando las semillas o las raíces en una solución que contenga los bioestimulantes, o agregando la solución al suelo en el que crecen las plantas.

El Dr. Blyuss dijo: «Al remojar las semillas de la planta en la solución de bioestimulantes, la planta se convierte en un ‘caballo de Troya’ para entregar compuestos especiales producidos dentro de las plantas a los nematodos, que luego los mata. genes del nematodo, así que sabemos que esto no afectará a otras criaturas «.

Los bioestimulantes solo afectan a nematodos específicos y genes de plantas, y no dañan a otras especies de insectos. Y debido a que ocurren naturalmente, en lugar de estar compuestos de productos químicos, los agricultores orgánicos podrían utilizarlos para hacer que los alimentos orgánicos sean más asequibles en el futuro.

El modelo matemático del Dr. Blyuss explica cómo funciona la interferencia de ARN en las plantas y muestra la forma más efectiva de aplicar los bioestimulantes para mantener el cultivo a salvo de los nematodos dañinos.

Los experimentos del equipo muestran que remojar las semillas de las plantas en la solución bioestimulante aumenta las posibilidades de supervivencia de las plantas entre un 57 y un 92%. La técnica también reduce el nivel de infestación de nematodos en un 73 a 83% en comparación con las plantas cultivadas sin bioestimulantes.

Al explicar la investigación, el Dr. Blyuss dijo: «Al utilizar modelos matemáticos, aprendimos cómo las plantas de trigo absorben los bioestimulantes, por lo que ahora sabemos cuál es la mejor forma de administrarlos. También observamos cómo se desarrolla el ARNi dentro de las plantas y nematodos, cómo la planta puede desactivar genes específicos involucrados en el proceso de parasitismo de nematodos, deteniendo así la infestación, y cómo las partes de RNAi de las plantas, cuando son ingeridas por nematodos, causan su muerte al silenciar algunos de sus genes esenciales.

«Estos conocimientos se combinaron con un trabajo experimental avanzado para desarrollar nuevas cepas de bacterias del suelo y extraer sus metabolitos, así como con análisis genéticos moleculares de vanguardia, para desarrollar una nueva generación de herramientas seguras para el medio ambiente para el control de nematodos de trigo. .

«Algunas personas desconfían de las plantas modificadas genéticamente, por lo que es importante tener claro que no es así. Los bioestimulantes actúan de manera efectiva como una» inoculación «contra la infestación de nematodos. Logran su efecto movilizando la maquinaria interna de las plantas para producir compuestos que Protege a las plantas contra los nematodos, mientras que simultáneamente causa la muerte del nematodo.

«Las plantas producidas con bioestimulantes tienen mejores rendimientos en los cultivos y mayor resistencia a las plagas, pero no son diferentes de otras plantas que han sido criadas artificialmente para tener alguna característica útil. Además, los bioestimulantes son verdaderamente naturales, ya que no son otra cosa. Pero productos de bacterias que ya viven en el suelo «.

El avance se publica en un artículo en la revista Frontiers in Plant Science.

La profesora Galyna Iutynska, quien dirigió el trabajo experimental sobre el desarrollo de bioestimulantes, dijo: «Este trabajo es muy emocionante porque nuestros bioestimulantes se obtienen de productos de bacterias naturales del suelo, que no están modificadas genéticamente. La importancia de esto es que a diferencia de los pesticidas químicos , estos bioestimulantes también se pueden usar para proteger una variedad de cultivos agrícolas contra parásitos en el contexto de la agricultura orgánica, lo cual es un problema particularmente desafiante. Además, estos bioestimulantes pueden reemplazar los pesticidas químicos o reducir significativamente su uso, limitando así el posible impacto negativo en el entorno.»

Los siguientes pasos son desarrollar modelos matemáticos más avanzados de cómo los bioestimulantes con múltiples componentes pueden ser absorbidos del suelo por las semillas y las raíces; e identificar cuáles de las dianas genéticas identificadas más recientemente en el nematodo son las más efectivas.  

El profesor Dave Goulson, de la Escuela de Ciencias de la Vida de la Universidad de Sussex, y un experto mundial en la disminución de las poblaciones de abejas , dijo: «Hay una creciente conciencia de que el uso intensivo de pesticidas convencionales en la agricultura está causando un gran daño a la biodiversidad, lo que resulta en la contaminación de los suelos. y vías fluviales con toxinas dañinas. Necesitamos urgentemente encontrar medios alternativos y sostenibles para controlar las plagas de los cultivos «. 


Más información: Konstantin B. Blyuss et al. Biocontrol basado en ARNi de nematodos de trigo que utilizan bioestimulantes de poli-componentes naturales, fronteras en la ciencia de las plantas(2019). DOI: 10.3389 / fpls.2019.00483Proporcionado por la Universidad de Sussex


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