Hace casi 30 años, se plantó el primer cultivo genéticamente modificado de Australia: el algodón Bt.
Por Ian Dewar, CSIRO
Los científicos de CSIRO ayudaron a desarrollar esta variedad de algodón resistente a los insectos , utilizando un gen derivado de una bacteria del suelo, Bacillus thuringiensis (Bt).
El algodón Bt funciona produciendo una proteína que mata al gusano del algodón, una de las principales plagas del cultivo, cuando se alimenta de sus hojas.
Lo utilizan los productores de algodón de Australia y de todo el mundo, lo que reduce la necesidad de pesticidas y aumenta la producción. Se plantó por primera vez en 1996 tras seis años de exhaustivas pruebas de campo y aprobación regulatoria.
Ahora, científicos de CSIRO han descubierto cómo algunas plagas de insectos sobreviven a los efectos de resistencia del algodón Bt. El artículo está publicado en el servidor de preimpresión bioRxiv .
Esto abre la puerta a un mejor seguimiento en el campo de la resistencia a las plagas de insectos mediante el uso de pruebas genéticas para realizar un seguimiento de esta forma de resistencia genética, de modo que el algodón Bt pueda seguir utilizándose con éxito.
Dándose cuenta de la resistencia a las plagas
Pero ¿cómo se vuelven resistentes las plagas de insectos a estas proteínas de origen bacteriano?
El investigador del CSIRO del equipo Insectos como Ingenieros, Dr. Andy Bachler, quería averiguarlo.
Trabajó con el Dr. Tom Walsh, codirector de la Iniciativa de Genómica Aplicada de CSIRO, para desentrañar los hilos de la genómica de las plagas de insectos.
«Sabíamos que algunos insectos mostraban resistencia a la proteína Vip3A en el algodón Bt, y teníamos datos claros de que este gen estaba haciendo algo extraño», dijo Andy.
«Pero no pudimos encontrar el gen ni entender cómo funcionaba este modo de resistencia en la plaga global del gusano del algodón (Helicoverpa armigera) ni en la especie local australiana (Helicoverpa punctigera)».
Andy y Tom recurrieron a la secuenciación genómica de lectura larga para estudiar más de cerca las plagas.
Gen en el que hay que creer
«Las lecturas largas mostraron el gen y la mutación con mucha claridad por primera vez, mientras que con las lecturas cortas no pudimos verlos realmente», dijo Tom.
Resulta que el mismo gen clave fue interrumpido de dos maneras diferentes en grupos separados de polillas estudiadas.
«Hay dos tipos diferentes de mutación que confieren resistencia a estos gusanos del algodón. Una es una inserción y la otra es una deleción», explicó Andy.
La secuenciación de lectura larga mostró una gran inserción en una parte oculta del gen, el intrón. Esta inserción era aproximadamente una vez y media más grande que el propio gen.
«El gen ha sido alterado por algo que entra en el intrón, algo que normalmente no se observa», dijo Andy.
«Es prácticamente invisible con las lecturas cortas, pero cuando se utiliza la tecnología de secuenciación adecuada, se puede ver», dijo Tom.
Los elementos transponibles, también llamados genes saltarines, pueden desplazarse dentro del genoma en diversos lugares y de diversas maneras. Esto forma parte de las mutaciones genéticas naturales que se observan a medida que las especies evolucionan y desarrollan resistencia a las toxinas.
A veces, atacan a un gen y esto altera su función.
Cosecha lo que siembras
En el otro tipo de mutación genética descubierta, hay una pequeña deleción que significa que el gen ya no funciona.
«Hay una eliminación de una parte muy importante del gen que reúne muchas de las enzimas necesarias para que funcione la transcripción», dijo Andy.
«No sabemos realmente por qué se produjo esta eliminación; puede que haya sido pura casualidad», explicó.
«Con este gen, si lo eliminas de dos maneras diferentes, obtienes resistencia».
Dándole vueltas a la vida
Andy dijo que los insectos desarrollan resistencia porque los genes mutan todo el tiempo.
«Suena mal, pero ‘romper’ genes es la clave para que estos insectos se vuelvan resistentes a las toxinas Bt», dijo Andy.
Entonces, gracias a una mutación genética aleatoria en la naturaleza, nace un insecto con este gen roto.
El gen dañado significa que el insecto ya no se ve afectado por la toxina Bt. Es un gran beneficio, pero, por otro lado, el gen dañado también lo hace menos apto.
El gen es recesivo, por lo que el insecto necesita dos copias rotas para desarrollar resistencia.
«La adopción y la propagación de este tipo de alelos en las poblaciones es esencialmente evolución en acción», dijo Tom.
«Ahora queda mucho trabajo por hacer para determinar exactamente qué hace este gen y qué papel desempeña».
Mantenerse al margen de la curva
La identificación del gen específico de resistencia es importante para el monitoreo molecular de plagas en el campo.
«Ahora que hemos encontrado el gen, podemos vigilarlo en el campo», dijo Andy.
«Simplemente nos da un lugar adicional donde buscar y otro mecanismo que ahora conocemos».
Por ahora, esta forma de resistencia sobre el terreno en Australia sigue siendo baja y no está muy extendida.
«Significa que todas las medidas de manejo de cultivos , incluida la gestión de la resistencia a los insectos, siguen funcionando», dijo Andy.
Pero a nivel global está apareciendo resistencia en lugares como Brasil, China y Estados Unidos.
«Si vemos que las frecuencias de los alelos aumentan, entonces empezamos a pensar que podemos tener un problema», dijo Tom.
«Podría significar que nuestra gestión de la resistencia no está funcionando tan bien como antes o que tenemos algo que viene del extranjero como un problema de bioseguridad».
Las pruebas moleculares son, una vez más, la clave para el monitoreo . La secuenciación de lectura larga será crucial para identificar alelos de resistencia en poblaciones naturales.
Queda por ser gen
«El gen de resistencia que tenemos en esta especie, Helicoverpa, es relevante para muchas otras especies de plagas de la misma manera», dijo Tom.
Este gen está ampliamente distribuido en otros insectos y funciona independientemente de otros genes de resistencia conocidos. Por lo tanto, constituye un nuevo mecanismo de resistencia a Vip3A.
El profesor Yidong Wu, colaborador de CSIRO y de la Universidad Agrícola de Nanjing, ha descubierto que este mismo mecanismo de resistencia funciona en el gusano cogollero del maíz , otra plaga vegetal en aumento a nivel mundial .
En última instancia, comprender este mecanismo de resistencia podría abrir más opciones para contrarrestar la resistencia o incluso ayudar a evitar su desarrollo.
Más información: Andreas Bachler et al., Identificación de un nuevo gen de resistencia que proporciona información sobre el modo de acción de Vip3Aa en Helicoverpa armigera, bioRxiv (2024). DOI: 10.1101/2024.08.11.607516
