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El sorgo evita las plagas liberando cianuro de hidrógeno


(Phys.org) – Los investigadores de la Universidad Purdue han confirmado la hipótesis de larga data de que el sorgo disuade a los insectos de alimentarse de sus hojas al liberar cianuro de hidrógeno.


por Natalie Van Hoose, Universidad de Purdue


Mitch Tuinstra y Brian Dilkes descubrieron que los insectos preferían las hojas de una planta de sorgo mutante con una liberación anormalmente lenta de cianuro a las de una planta de sorgo de tipo salvaje con una tasa normal de liberación de cianuro. Los gusanos del ejército de otoño se alimentaron de las hojas del sorgo mutante a pesar de que las hojas contenían niveles similares de dhurrin, el compuesto químico responsable de la síntesis de cianuro de hidrógeno, como los de las plantas normales de sorgo.

«Este estudio separa por primera vez la acumulación de dhurrin de la liberación de cianuro de hidrógeno», dijo Dilkes, profesor asistente de horticultura y arquitectura del paisaje. «Tanto las plantas de sorgo normales como las mutantes contienen dhurrin, pero es la tasa de liberación de cianuro lo que hace que los insectos eviten uno a favor del otro. Es una interacción hermosa entre el comportamiento animal y la química de las plantas».

El sorgo bicolor, la especie cultivada de sorgo, es una hierba de cereales de importancia crítica utilizada para alimentos y forraje animal en muchas partes del mundo en desarrollo y es un cultivo de bioenergía prometedor en los EE. UU. Su capacidad para prosperar en entornos áridos hace que sea más cultivo eficiente que el maíz.

Si bien el grano de sorgo es comestible, sus hojas a veces pueden contener niveles de cianuro de hidrógeno que son tóxicos para los humanos y los animales. Los productores de ganado saben desde hace mucho tiempo que alimentar las hojas de sorgo cosechadas en ciertas etapas de crecimiento, y particularmente bajo condiciones de estrés como la sequía, puede provocar envenenamiento por cianuro en el ganado. Sin embargo, cuando se maneja adecuadamente, las hojas de sorgo pueden ser un forraje seguro para el ganado.

La identificación de genes que controlan la producción y liberación de cianuro podría conducir al desarrollo de plantas de sorgo sin cianuro.

Tuinstra y Dilkes identificaron un mutante de sorgo con una tasa de liberación de cianuro excepcionalmente lenta. Localizaron el gen responsable del defecto mediante el uso de secuenciación de próxima generación, una técnica que genera aleatoriamente secuencias cortas de un genoma, el contenido genético total de un organismo, y las vuelve a unir. La secuenciación de próxima generación funciona como un editor de texto, dijo Tuinstra, profesor de fitomejoramiento y genética.

«Es como tomar una oración de 10 palabras de un libro y preguntar a dónde pertenece», dijo. «Encuentra la ubicación de una secuencia específica dentro del genoma de la especie. La mutación es como un período fuera de lugar en el medio de una oración: indica al lector que se detenga. En el caso del mutante de sorgo, detiene la producción de una función proteína.»

La técnica de secuenciación permitió a Tuinstra y Dilkes identificar el nucleótido único dentro del genoma del sorgo de 790 millones de pares de bases que ralentizó la liberación de cianuro en la planta mutante.

«Este estudio es un ejemplo de cómo los nuevos métodos en la secuenciación del ADN ahora se pueden utilizar para desbloquear los mecanismos genéticos del rendimiento del sorgo», dijo Tuinstra.

Después de clonar el mutante, los investigadores probaron la preferencia de alimentación de insectos liberando gusanos del ejército de otoño en plantas de sorgo mutantes y normales. Aunque ambos tipos de sorgo contenían niveles normales de dhurrin, los insectos evitaron las plantas de sorgo normales, estableciéndose y alimentándose de las hojas del sorgo mutante. Si bien el mutante contiene los compuestos necesarios para generar cianuro, no puede liberar cianuro lo suficientemente rápido como para evitar las plagas, dijo Tuinstra.

La secuenciación de próxima generación se usa con mayor frecuencia en especies de plantas con genomas mucho más pequeños que el sorgo. El estudio aclara la forma de utilizar técnicas de secuenciación avanzadas para identificar genes y funciones genéticas en plantas con genomas grandes, dijo Dilkes.

«Hemos demostrado que estas herramientas de secuenciación son lo suficientemente robustas como para aplicarse a organismos con genomas complejos», dijo. «Si podemos usarlos en el sorgo , podemos usarlos en otros cultivos. En términos de identificación de genes de interés en organismos complejos, estamos abiertos a los negocios».


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