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La adaptación genética local ayuda a los cultivos de sorgo a esconderse de las brujas

Los cultivos de sorgo en áreas donde es común la striga del parásito agrícola, también conocida como bruja, son más propensos a tener adaptaciones genéticas para ayudarlos a resistir el parásito, según una nueva investigación dirigida por científicos de Penn State.


por Gail McCormick, Universidad Estatal de Pensilvania


Los cambios en el gen LGS1 afectan algunas de las hormonas del cultivo, lo que dificulta que los parásitos se encuentren en el suelo, al menos en algunas regiones. Sin embargo, los cambios pueden tener un costo, afectando los sistemas relacionados con la fotosíntesis y quizás el crecimiento.

El nuevo estudio realizado por un equipo internacional de investigadores aparece en línea el 11 de febrero de 2020 en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences y eventualmente puede informar estrategias para controlar el parásito.

Witchweed es una de las mayores amenazas para la seguridad alimentaria en África, ya que causa pérdidas anuales de miles de millones de dólares en cosechas. Tiene una variedad de huéspedes, incluido el sorgo , el quinto cultivo de cereales más importante del mundo.

«Queríamos saber si las plantas de sorgo en áreas con alta prevalencia de parásitos se adaptaban localmente al tener mutaciones LGS1 «, dijo Jesse Lasky, profesor asistente de biología en Penn State y autor principal del artículo.

«A menudo pensamos en la adaptación local de los cultivos agrícolas con respecto a factores como la temperatura, la sequía o la salinidad. Por ejemplo, si las plantas en una región particularmente seca se adaptaran localmente para tener genes asociados con la tolerancia a la sequía, podríamos potencialmente criar plantas con esos genes para resistir la sequía. Queríamos saber si se puede ver este mismo tipo de adaptación local a algo biótico, como un parásito «.

Los investigadores modelaron la prevalencia de las brujas en África y compararon la presencia de mutaciones LGS1 que se cree que confieren cierta resistencia al sorgo.

Descubrieron que estas mutaciones eran más comunes en áreas con alta prevalencia de parásitos, lo que sugiere que las plantas de sorgo en esas áreas pueden adaptarse localmente para tratar con el parásito.

«Las mutaciones LGS1 se generalizaron en África, donde los parásitos eran más comunes, lo que sugiere que son beneficiosos», dijo Emily Bellis, investigadora postdoctoral en Penn State en el momento del estudio y primer autor del artículo. Bellis es actualmente profesora asistente de bioinformática en la Arkansas State University. «Pero estas mutaciones no eran muy comunes, y casi no existían fuera de las regiones propensas a parásitos. Esto indica que también puede haber un costo, o compensación, por tener estas mutaciones».

Para comprender mejor los efectos de las mutaciones LGS1, los miembros del equipo de investigación de Corteva Agriscience utilizaron la tecnología de edición de genes CRISPR-Cas9 para replicar las mutaciones en el laboratorio. La pérdida de la función LGS1 parecía conferir resistencia a las brujas en sus experimentos, ya que los parásitos tenían tasas de germinación bajas o incluso cero, lo que sugiere que los parásitos no tuvieron tanto éxito en encontrar el cultivo para reproducirse. Pero los parásitos recolectados de diferentes ubicaciones geográficas en África se vieron afectados de diferentes maneras.

«La germinación de parásitos de una población en África occidental se detuvo efectivamente en condiciones ricas en nutrientes y pobres en nutrientes, pero aún vimos una germinación de hasta aproximadamente el 10% para una población en África Oriental cuando los nutrientes eran limitados», dijo Bellis. «Eso definitivamente es una mejora, pero puede haber miles de parásitos en el suelo, por lo que incluso un 10% de germinación puede ser problemático, especialmente en las granjas de pequeños productores donde estos cultivos se cultivan predominantemente».

Se sabe que las mutaciones LGS1 afectan las hormonas de la estrigolactona que el sorgo libera desde sus raíces. Debido a que el parásito usa estas hormonas para encontrar sorgo, la alteración de las hormonas hace que la planta sea más invisible para el parásito.

Pero las estrigolactonas también son importantes para la comunicación con los hongos micorrícicos, que juegan un papel importante en la adquisición de nutrientes de la planta. El nuevo estudio encontró que la pérdida de la función LGS1 en las plantas modificadas también afectó los sistemas relacionados con la fotosíntesis y el crecimiento sutilmente afectado.

«Puede ser que las plantas con mutaciones LGS1 sean mejores para esconderse de los parásitos, pero son menos productivas», dijo Lasky. «Esta posible compensación podría explicar la prevalencia relativamente baja de estas mutaciones en el sorgo en África».

Los investigadores también identificaron varias mutaciones en otros genes que están relacionadas con la prevalencia de parásitos, lo que podría reflejar la adaptación local. Los investigadores planean investigar estos genes, algunos de los cuales están involucrados en el fortalecimiento de la pared celular, para ver si también pueden conferir resistencia al parásito.

«Eventualmente nos gustaría mirar otras plantas huésped de striga agrícolamente importantes en África para hacer preguntas similares», dijo Lasky. «Si realmente vemos la adaptación local al parásito y encontramos genes que confieren resistencia con pocas compensaciones, podríamos capitalizarlo desde una perspectiva de gestión».


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