Los científicos de UC Riverside tienen la oportunidad de erradicar una amenaza mortal para los viñedos que representa el francotirador de alas cristalinas, justo cuando su resistencia a los insecticidas ha ido en aumento.
por Jules Bernstein, Universidad de California – Riverside
Cuando el insecto volador de media pulgada de largo se alimenta de las vides, transmite bacterias que causan la enfermedad de Pierce. Una vez infectada, es probable que una vid muera dentro de tres años, un problema creciente para la industria vitivinícola de $58 mil millones de California. Actualmente, solo se puede controlar con cuarentenas y aerosoles químicos cada vez menos efectivos.
La nueva tecnología de edición de genes representa la esperanza de controlar al francotirador. Los científicos de UC Riverside demostraron que esta tecnología puede realizar cambios físicos permanentes en el insecto. También mostraron que estos cambios se transmitieron a tres o más generaciones de insectos.
Un artículo que describe el trabajo del equipo ha sido publicado en la revista Scientific Reports .
“Nuestro equipo estableció, por primera vez, enfoques genéticos para controlar a los francotiradores de alas cristalinas”, dijo Peter Atkinson, entomólogo y coautor del artículo.
Para este proyecto, los investigadores utilizaron la tecnología CRISPR para eliminar los genes que controlan el color de ojos de los francotiradores. En un experimento, volvieron blancos los ojos de los insectos. En otro, los ojos se volvieron cinabrio, un color rojo sangre. Luego, el equipo demostró que estos cambios en el color de los ojos eran permanentes y se transmitían a la descendencia de los padres modificados.
CRISPR se basa en el sistema inmunológico de las bacterias. Durante los ataques de los virus, las bacterias salvan fragmentos de ADN de sus invasores. Cuando los virus regresan, las bacterias reconocen, cortan y destruyen el ADN viral.
Los científicos usan CRISPR como “tijeras moleculares” para apuntar a secuencias de ADN específicas.
“Esta es una gran tecnología porque puede ser muy específica para un insecto y no causar efectos no deseados en otros insectos, animales o humanos”, dijo Inaiara de Souza Pacheco, entomóloga de la UCR y autora principal del estudio. “Es una estrategia mucho más respetuosa con el medio ambiente para el control de insectos que el uso de productos químicos”.
Uno de los descubrimientos interesantes que hizo el equipo es que los genes de color de ojos de francotirador se encuentran en cromosomas no sexuales. Todos los animales tienen dos tipos de cromosomas: sexuales y autosómicos, o no sexuales.
“Saber que los genes blanco y cinabrio están en los cromosomas autosómicos demuestra que la herencia de estos genes no está relacionada con el género del insecto”, dijo Pacheco. “Esto es importante para desarrollar estrategias de control”.
Por ejemplo, en los mosquitos, son exclusivamente las hembras las que transmiten los virus a los humanos. La identificación de genes en los cromosomas sexuales que favorecen a los mosquitos hembra es importante para las estrategias de control de mosquitos. Por el contrario, es importante saber cuándo los genes clave no están en los cromosomas sexuales.
Para demostrar que las mutaciones creadas por CRISPR pasan a las generaciones posteriores, el equipo también tuvo que establecer cómo hacer que los francotiradores se apareen en parejas. “Eso no siempre es sencillo en entomología, porque los insectos a veces necesitan más de otro insecto para ser estimulados para el apareamiento”, explicó Atkinson.
Ahora que el equipo ha demostrado que CRISPR puede funcionar en estos insectos, tienen un nuevo objetivo.
“Estamos usando CRISPR para tratar de modificar las partes de la boca del francotirador para que no puedan recoger la bacteria que causa la enfermedad de Pierce”, dijo Rick Redak, entomólogo de la UCR y coautor del artículo.
Existe una alta probabilidad de que el equipo logre modificar las bocas, dada la eficiencia con la que pudieron cambiar los genes del color de ojos de los francotiradores. El equipo inyectó las moléculas CRISPR en huevos recién puestos y, en algunos experimentos, el 100 % de los huevos se convirtieron en ninfas con un color de ojos alterado.
“Es absolutamente sorprendente porque la tasa de éxito en otros organismos suele ser del 30% o menos”, dijo Linda Walling, bióloga de plantas y coautora del artículo. “La alta tasa de éxito en la edición de genes en los francotiradores de alas cristalinas es un buen augurio para nuestra capacidad de desarrollar nuevos métodos de control de insectos , así como para comprender la biología básica de esta plaga devastadora”.
Atkinson también se maravilla de lo cerca que está el equipo de su objetivo de crear insectos que no sean infecciosos. “Antes de CRISPR, generar mutaciones específicas con tanta facilidad a frecuencias tan altas era prácticamente imposible”, dijo Atkinson. “Ahora estamos seguros de que podemos encontrar formas de crear insectos incapaces de transmitir esta enfermedad”.
“El resultado de esta investigación es un ejemplo de la fortaleza que los departamentos de agricultura de la Facultad de Ciencias Naturales y Agrícolas de la UCR aportan para desarrollar estrategias innovadoras de control de plagas”, dijo.
Además de los científicos del Departamento de Entomología de la UCR, el equipo de investigación incluyó a Walling del Departamento de Botánica y Ciencias Vegetales y al micólogo Jason Stajich del Departamento de Microbiología y Patología Vegetal.
Su trabajo fue financiado por el Departamento de Alimentos y Agricultura de California, así como por el Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal del Departamento de Agricultura de EE. UU.
El equipo se siente particularmente alentado por los resultados de sus experimentos CRISPR en francotiradores, parte de una clase de insectos para los que otras estrategias de control molecular no han sido efectivas anteriormente.
“Parece que los francotiradores se convertirán en un organismo modelo para los hemípteros, esta gran categoría de insectos perforadores y chupadores”, dijo Redak. “Nuestro modelo de uso de CRISPR para ellos podría abrir nuestra capacidad para controlar las enfermedades que transmiten a las plantas y posiblemente también a los humanos”.
Más información: Inaiara de Souza Pacheco et al, Modificación eficiente del genoma mediada por CRISPR/Cas9 del francotirador de alas cristalinas Homalodisca vitripennis (Germar), Scientific Reports (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-09990-4
