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La adaptación genética al cambio climático es rápida en las plagas de cultivos

mosca de la fruta
Crédito: CC0 Public Domain

Las moscas de la fruta tienen la asombrosa habilidad de despertarse de una hibernación de meses justo cuando su alimento preferido, por ejemplo, la fruta de los manzanos o los espinos, está en su punto máximo. 


por Rachel Sturtz, Universidad de Colorado Denver


Están activos durante un par de semanas, comiendo y apareándose, antes de permanecer inactivos durante el resto del año. Cómo ocurre esta sincronización y el momento extraordinario ha sido un misterio durante mucho tiempo. En un mundo donde el cambio global está cambiando las estaciones de cultivo, de alguna manera las moscas de la fruta se mantienen al día.

En un nuevo estudio, los científicos han encontrado muchos genes responsables de activar el despertador interno de las moscas y encontraron que un desarrollo imperceptiblemente lento durante la latencia es clave para su rápida adaptación genética.

El estudio se publica en la revista PNAS .

Temporizadores estacionales internos

Al igual que los osos o las ardillas terrestres, las moscas de la fruta programan su sueño para que coincida con la disponibilidad de alimentos estacional. Incluso evolucionan lo suficientemente rápido como para, digamos, acortar su latencia para aprovechar temporadas de crecimiento más largas. Aunque algunas especies dependen del previsible acortamiento y alargamiento de los días para indicar su hibernación (llamado fotoperiodismo), otras parecen tener un mecanismo interno.

«Además del reloj circadiano de 24 horas que todos tenemos, muchas moscas de la fruta tienen un temporizador estacional interno», dice el coautor del estudio Gregory Ragland, Ph.D., profesor asistente de biología integrativa en la Universidad de Colorado en Denver. «Aparecen, explotan a su anfitrión y desaparecen durante nueve o diez meses. Existe una unión útil entre lo que sabemos sobre la ecología y la genética de este proceso, razón por la cual lo abordamos como un esfuerzo de colaboración».

A diferencia del fotoperiodismo, se desconoce gran parte de este tipo particular de latencia o diapausa. Para investigar, un equipo de investigadores dirigido por Edwina Dowle, Ph.D. y Ragland en CU Denver, y Tom Powell, Ph.D., y Daniel Hahn, Ph.D., de la Universidad de Florida, unieron fuerzas con Jeff Feder, Ph.D., de la Universidad de Notre Dame y Stewart Berlocher, Ph.D., de la Universidad de Illinois en Urbana – Champaign.

Seguimiento de la tasa de desarrollo

El grupo exploró la hipótesis de que las diferencias en la tasa de desarrollo durante la diapausa impulsan las diferencias en el momento de la actividad estacional. Para probarlo, recolectaron dos poblaciones de moscas Rhagoletis pomonella que tienen una generación por año e invernan como pupas en diapausa. Una población come bayas de espino, que son nativas de América del Norte, mientras que la otra desarrolló la capacidad de comer manzanas introducidas por los colonos en América del Norte hace unos 400 años.

«Aunque en realidad es una larva de mosca, este es el proverbial ‘gusano’ de la manzana que se ha convertido en una plaga de cultivos importante al ajustar su tiempo para que coincida con la época de fructificación temprana de la manzana», dice Ragland.

Los investigadores monitorearon las moscas de la manzana y el halcón en un laboratorio, simulando la hibernación durante intervalos de tiempo designados. Durante cada intervalo, probaron el transcriptoma de las moscas, el conjunto de transcripciones de ARN que determina los rasgos. Al tomar muestras de los cerebros de las moscas , los investigadores pueden comparar instantáneas de la composición del ARN para medir las diferencias en el desarrollo del sistema nervioso durante largos períodos de tiempo.

«Al observar su morfología a lo largo del tiempo, parecen estar en animación suspendida», dice Ragland. «Pero el transcriptoma cerebral reveló cambios de desarrollo sutiles pero constantes que se acumularon durante seis meses, completando finalmente el proceso que les indicó que salieran del letargo».

Rasgos poligénicos clave para una rápida evolución

Esto proporciona un posible mecanismo que utilizan las moscas para configurar su temporizador estacional. El proceso también parece ser clave para la rápida evolución de la estacionalidad: las moscas de la manzana tienen una tasa de desarrollo ligeramente más rápida durante la latencia, lo que hace que emerjan a principios de año.

Al comparar variantes genéticas que difieren en las dos poblaciones de moscas, los investigadores encontraron que los rasgos poligénicos condujeron a la rapidez de adaptación; muchos genes, cada uno con efectos muy pequeños, trabajaron juntos para determinar la tasa de desarrollo. La investigación ilustra que las plagas de los cultivos y los vectores de enfermedades de los insectos con biología similar pueden responder rápidamente a los cambios climáticos mediante un mecanismo genético similar.

Comprender la mecánica de la diapausa también podría tener un gran impacto en la investigación biomédica , que depende de existencias genéticas masivas de la mosca Drosophila curadas en laboratorios de todo el mundo.

«La gente está interesada en cómo preservar mejor estas moscas porque todavía no podemos preservarlas criogénicamente», dice Ragland. «Pero si pudiéramos modificar estas líneas para entrar en diapausa, sería un gran avance».


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