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Identificada la primera transferencia genética conocida de una planta a un insecto

Dos moscas blancas y un huevo en la hoja, con un aumento de 5x.
Algunas moscas blancas usan genes de plantas para hacer que las toxinas de sus alimentos sean inofensivas. Crédito: Getty

El descubrimiento de que una mosca blanca usa un gen vegetal robado para eludir las defensas de su huésped puede ofrecer una ruta hacia nuevas estrategias de control de plagas.


Heidi Ledford


Una plaga agrícola perniciosa debe parte de su éxito a un gen robado de su planta huésped hace millones de años.

El hallazgo, que se informa hoy en la celda 1 , es el primer ejemplo conocido de una transferencia genética natural de una planta a un insecto. También explica una razón por la que la mosca blanca Bemisia tabaci es tan hábil para masticar cultivos: el gen que extrajo de las plantas le permite neutralizar una toxina que algunas plantas producen para defenderse de los insectos.

Los primeros trabajos sugieren que la inhibición de este gen puede hacer que las moscas blancas sean vulnerables a la toxina, proporcionando una ruta potencial para combatir la plaga. “Esto expone un mecanismo a través del cual podemos inclinar la balanza a favor de la planta”, dice Andrew Gloss, quien estudia las interacciones planta-plaga en la Universidad de Chicago en Illinois. «Es un ejemplo notable de cómo el estudio de la evolución puede aportar nuevos enfoques para aplicaciones como la protección de cultivos».

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La diminuta mosca blanca, que está más relacionada con los pulgones que con las moscas, causa estragos en la agricultura en todo el mundo. Bemisia tabaci se encuentra entre las plagas de plantas más destructivas: las moscas blancas absorben la savia azucarada de cientos de tipos de plantas, mientras excretan una sustancia pegajosa y dulce llamada melaza que sirve como caldo de cultivo para el moho. Las moscas blancas también son vectores de más de 100 virus de plantas patógenos.

Genes robados

Que algunas especies de mosca blanca puedan deber parte de su habilidad depredadora a genes de otros organismos no es del todo sorprendente, porque el robo genético es común en la carrera armamentista entre plantas y sus plagas. Durante millones de años, tanto las plantas como los insectos han tomado prestado en gran medida de los genomas microbianos, a veces utilizando sus genes recién adquiridos para desarrollar estrategias defensivas u ofensivas.

Algunos insectos, como el barrenador de los frutos del café ( Hypothenemus hampei ), han saqueado genes microbianos para extraer más nutrientes de las paredes celulares de las plantas difíciles de digerir 2 , y un pariente silvestre del trigo ha robado un gen fúngico para combatir una enfermedad fúngica. llamado tizón de la cabeza 3 . Pero hasta ahora no se sabía que las plantas y los insectos se robaran entre sí.Los hongos tomaron prestado el gen bacteriano una y otra vez

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El entomólogo Youjun Zhang de la Academia China de Ciencias Agrícolas en Beijing y sus colegas estaban rastreando el genoma de B. tabaci en busca de genes robados, cuando encontraron uno que parecía haber evolucionado no en otros insectos o microbios, sino en plantas.

Un estudio adicional mostró que el gen puede transferir un grupo químico a compuestos defensivos llamados glucósidos fenólicos. Dichos compuestos son producidos por muchas plantas, incluidos los tomates, para protegerse de las plagas. Pero la modificación causada por el gen de la mosca blanca hizo que los compuestos fueran inofensivos.

Para probar la hipótesis, el equipo diseñó plantas de tomate para producir una molécula de ARN de doble hebra capaz de detener la expresión del gen de la mosca blanca. Casi todas las moscas blancas que posteriormente se alimentaron de estas plantas de tomate manipuladas murieron.

Ese resultado sugiere un nuevo medio para atacar a las moscas blancas, dice Jonathan Gershenzon, ecologista químico del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania. “Ofrece una enorme oportunidad de ser específico”, dice. «Podría mantener alejadas a las moscas blancas pero no dañar a los insectos beneficiosos como los polinizadores»

Batalla de plantas y plagas

La transferencia de genes entre especies puede ser difícil de probar, dice el coautor del estudio, Ted Turlings, ecólogo químico de la Universidad de Neuchâtel en Suiza. Para hacerlo, Zhang, Turlings y sus colegas analizaron las secuencias de genes similares en plantas y determinaron que el gen de la mosca blanca era su pariente evolutivo. El equipo también llevó a cabo análisis para demostrar que el gen estaba integrado en el genoma de la mosca blanca y no era el resultado de muestras contaminantes del ADN de las plantas.Los antibióticos inundarán los problemáticos huertos de naranjos de Florida

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Los resultados fueron sorprendentes, pero convincentes, dice Yannick Pauchet, entomólogo molecular también del Instituto Max Planck de Ecología Química. «Según los datos que proporcionan, la transferencia horizontal de genes es la explicación más parsimoniosa», dice.

Pero no está claro cómo logró la mosca blanca deslizar un gen vegetal. Una posibilidad, dice Turlings, es que un virus sirviera como intermediario, transportando material genético de una planta al genoma de la mosca blanca.

A medida que los investigadores secuencian más genomas, es posible que descubran más ejemplos de transferencia de genes entre plantas y animales, dice Gloss.

“Los insectos que toman los genes de las propias plantas son solo la última parte del arsenal que aún no habíamos encontrado”, dice. «En la batalla entre las plantas y sus plagas de insectos o patógenos, se extraen genes de todo el árbol de la vida».doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00782-w

Referencias

1.Xia, J. y col. Celda https: //10.1016/j.cell.2021.02.014 (2021).

2.Acuña, R. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109 , 4197–4202 (2012).

3.Wang, H. y col. Science 368 , eaba5435 (2020).




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