• Jue. Dic 2nd, 2021

El futuro de la gestión de enfermedades de las plantas

El mildiú polvoroso anaranjado - llamado óxido - en las hojas de cebada
La roya rayada es una enfermedad que afecta a las plantas de cebada. Crédito: Rahulkumar Patel

Al igual que los seres humanos, las plantas se enferman. Los microorganismos como hongos, oomicetos, bacterias, virus y nematodos (pequeños organismos parecidos a gusanos) pueden infectar a sus plantas hospedantes, con consecuencias mortales. 

Esto podría no ser un gran problema para los Ficus de aspecto triste en su sala de estar. Después de todo, siempre puedes reemplazarlo.


POR ALIMENTOS SOSTENIBLES

por Audrey Kalil, Universidad Estatal de Dakota del Norte


Las enfermedades que afectan nuestro suministro mundial de alimentos son otra historia. Las pérdidas debidas a enfermedades de las plantas pueden tener consecuencias tremendas para la seguridad alimentaria. Uno de los ejemplos más famosos de la historia es la hambruna irlandesa de la patata . Una enfermedad llamada tizón tardío devastado los cultivos de papa en el 19 º siglo. Esto resultó en hambrunas masivas y emigración de Irlanda.

Esta hambruna fue antes de que los científicos y los agricultores se dieran cuenta de que los microorganismos podían causar enfermedades en las plantas. Por lo tanto, no conocían prácticas que pudieran prevenir enfermedades o soluciones para manejarlas cuando sucedían. Hoy el campo de la fitopatología se dedica al estudio de las enfermedades de las plantas y al desarrollo de estrategias de manejo. Sin embargo, todavía se estima que las pérdidas mundiales de cultivos debido a enfermedades de las plantas oscilan entre el 10% y el 15% (1).

¿Por qué, más de 150 años después de la devastación causada por el patógeno Tizón tardío, los agricultores todavía tienen que preocuparse por esta y muchas otras enfermedades de las plantas?

Aunque ahora sabemos mucho más sobre los organismos que causan enfermedades, todavía tenemos muy pocas herramientas para prevenir la pérdida de cultivos. Los pesticidas pueden brindar cierta protección y, en algunos casos, son muy efectivos. Pero pueden ser costosos. Si se usan pesticidas con frecuencia, la población de organismos que causan enfermedades puede generar una mutación genética. Esta mutación puede dar a la población una nueva capacidad para resistir este pesticida. A esto se le llama resistencia a los pesticidas.

Los científicos de plantas están buscando formas de ayudar a las plantas a resistir las infecciones. Una de las mejores formas es encontrar plantas que parezcan tener su propia resistencia. Es posible que conozca a personas que nunca contraen un resfriado o una gripe; su sistema inmunológico parece manejar las infecciones mejor que otros. Lo mismo ocurre en el mundo vegetal. En algún lugar del camino evolutivo, estas plantas desarrollaron una resistencia natural a uno o más patógenos. Estas son las plantas que todavía están en el campo después de que otras han muerto, o que rinden bien cuando otras no pueden.

Manos sosteniendo una cápsula a punto de tocar el pistilo de una flor de papa blanca.
Los criadores pueden recolectar polen de una planta y fertilizar otra. En la foto, cruzamiento de plantas de papa. Se plantarán las semillas resultantes y se estudiarán las nuevas plantas para determinar su resistencia a las enfermedades. Crédito: SV Fisk

Para abordar el problema de las enfermedades de las plantas, una vez que los fitomejoradores identifican a estos individuos con resistencia natural, cruzan esa planta con otra de alto rendimiento u otros atributos deseables. La esperanza es desarrollar una nueva variedad vegetal, que sea genéticamente única, que tenga tanto alto rendimiento (o buen sabor, etc.) como resistencia a las enfermedades.

Sin embargo, es difícil encontrar individuos naturalmente resistentes a las enfermedades e identificarlos lleva tiempo. Incluso después de años de investigación, siempre existe la posibilidad de que la resistencia natural no exista en la población de plantas. Además, los esfuerzos de polinización cruzada toman muchas temporadas de cultivo: pruebas en el laboratorio, en invernaderos y en el campo. En general, generar una variedad de cultivo resistente a enfermedades puede llevar una década o más. Pero, cuando tenemos una enfermedad devastadora en un cultivo importante, necesitamos una solución y rápido. Dado que los microorganismos contra los que luchamos pueden generar sus propias mutaciones genéticas para superar la resistencia a las enfermedades de las plantas, el fitomejoramiento tradicional no siempre puede proporcionar una solución a largo plazo.

Manos enguantadas poniendo tubos en una máquina centrífuga
El estudio del ADN de las plantas, así como de las bacterias, ha dado lugar a cultivos resistentes a las enfermedades. En la imagen, un criador de cultivos coloca tubos de ADN vegetal extraído en una centrífuga para su concentración. Crédito: SV Fisk

Por estas razones, la ingeniería genética será el futuro de la generación de cultivos resistentes a enfermedades. ¿Recuerda esa planta de una en un millón, naturalmente resistente que se requiere para generar cultivos resistentes mediante el fitomejoramiento hoy en día? ¿Y si los científicos pudieran crear esa planta resistente?

Bueno, mediante el uso de una técnica llamada CRISPR, los científicos pueden hacerlo. CRISPR significa » repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas «. Ese es un nombre muy complicado para algo que las bacterias encontraron como un «mecanismo de supervivencia». Sí, CRISPR es una estrategia que algunas bacterias desarrollaron como defensa contra virus. ¡Las bacterias también pueden contraer la gripe!

El proceso CRISPR en bacterias funciona así: las bacterias guardan las secuencias de ADN del virus dentro de su genoma en regiones de su ADN en algún momento de su proceso de recuperación. El lugar donde se guarda esta información contiene grupos de secuencias de ADN repetitivas, de ahí el nombre. Las secuencias de ADN del virus guardadas actúan como «fotografías policiales» para una enzima en la bacteria llamada Cas9. Si las enzimas Cas9 de la bacteria ven otro virus invasor que tiene la secuencia de ADN coincidente en el genoma de la bacteria, actúan como tijeras moleculares para cortarlo. ¡Es muy parecido a un portero en la puerta de un bar!

Los científicos han descubierto que este mismo proceso se puede aplicar a las plantas. Los investigadores que se especializan en genética vegetal tienen varios métodos que han desarrollado para administrar la enzima bacteriana, Cas9, a las células vegetales vivas. Entregan Cas9 junto con un «ARN guía». Luego, el ARN guía hace lo que su nombre indica y guía al Cas9 hacia el gen objetivo, el que tiene la foto policial correspondiente. Este gen luego es alterado por la acción de corte de Cas9.

Debido a las capacidades regenerativas únicas de muchas plantas, ¡una planta completa puede crecer a partir de las células transformadas por este proceso CRISPR! Esto da como resultado una planta que carece del gen de susceptibilidad objetivo y, por lo tanto, es resistente a las enfermedades. Luego, los criadores pueden comenzar su proceso, ya armados con una planta resistente a enfermedades lista para usar. Por lo tanto, el uso de CRISPR acelera enormemente el proceso para generar cultivos resistentes a enfermedades.

Quizás se pregunte en qué se diferencia esta técnica de las herramientas utilizadas para crear organismos genéticamente modificados, o OGM, que los agricultores ya están cultivando. Se utilizaron enfoques de ingeniería genética más antiguos para tomar genes de, por ejemplo, una bacteria, e insertarlos en una planta, por ejemplo, del maíz. Esto ayudó a desarrollar un maíz resistente a ciertas plagas de insectos. Esa planta es lo que la gente llama OMG, porque contiene ADN de otro organismo. Las investigaciones científicas no han demostrado que los OMG sean perjudiciales para la salud humana, pero no siempre gozan de una reputación positiva.

CRISPR es un enfoque que no requiere la adición de ADN extraño a una planta. Simplemente hace un pequeño corte en el genoma de la planta que proporcionará grandes beneficios. También es más rápido, menos costoso y más fácil de usar que las técnicas de ingeniería genética más antiguas.

Los desafíos para nuestro suministro de alimentos son grandes. Además de las sequías, el calor, el frío y todas las demás tensiones que deben afrontar nuestros cultivos, también hay enfermedades. Nuevas técnicas, como CRISPR, pueden ayudarnos a mirar hacia un futuro de alimentos más abundantes y cultivados de manera más sostenible.

  1. Pinstrup-Andersen, P. 2001. La futura situación alimentaria mundial y el papel de las enfermedades de las plantas. El Instructor de Sanidad Vegetal.  DOI: 10.1094 / PHI-I-2001-0425-01.

Este ciclo especial reproducido por Mundo Agropecuario es patrocinado y escrito por miembros de la  Sociedad Estadounidense de Agronomía  y  Ciencia de los Cultivos de América . Sus miembros son investigadores y profesionales capacitados y certificados en las áreas de crecimiento del suministro de alimentos en el mundo. Trabajan en universidades, centros de investigación gubernamentales y empresas privadas en los Estados Unidos y el mundo.



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