Las investigaciones han confirmado las observaciones de los jardineros de que el glifosato es del agrado de los musgos, representantes de un gran grupo de plantas de esporas superiores, las briofitas. Como resultó más adelante, las briofitas tienen su propio mecanismo único de resistencia natural.
La resistencia a los herbicidas plantea un desafío para producir suficientes alimentos para la creciente población mundial. Sam Caygill y sus colegas del Instituto Gregor Mendel (GMI) de la Academia de Ciencias de Austria han descubierto que un gran grupo de plantas, las briofitas, tienen una tolerancia natural al herbicida glifosato, algo que sólo se conocía a partir de pruebas anecdóticas de la horticultura. .
Comprender el mecanismo por el cual algunas plantas son naturalmente tolerantes a los herbicidas proporciona a los investigadores un punto de partida importante para abordar el problema de la resistencia a los herbicidas en la agricultura.
Cultivar suficientes alimentos para alimentar al mundo es una tarea de enormes proporciones. Para aumentar los rendimientos, los agricultores deben deshacerse de las malas hierbas que compiten con los cultivos por la luz solar, los nutrientes y el espacio. Mientras que los jardineros pueden darse el lujo de desherbar y arar minuciosamente sus parcelas para mantenerlas bajo control, los agricultores a gran escala recurren al uso de herbicidas.
Sin embargo, la agricultura enfrenta el mismo dilema sobre la resistencia a los herbicidas que la medicina sobre la resistencia a los antibióticos: cuanto más se usa un herbicida, más probable es que una maleza se vuelva resistente, dándole la oportunidad de competir y superar a sus contrapartes susceptibles.
El glifosato es uno de esos herbicidas ampliamente utilizados y debatidos. El reciente uso excesivo ha provocado la aparición de malezas resistentes al glifosato, que están reduciendo el rendimiento de los cultivos en partes de Europa, América del Norte y Australia.
Sin embargo, la evidencia anecdótica sugiere que las briofitas, un grupo de plantas no vasculares, son tolerantes al glifosato, aunque esta tolerancia no se ha confirmado experimentalmente y se desconoce el mecanismo potencial de tolerancia. Comprender dicha tolerancia natural puede proporcionar estrategias para combatir la resistencia a los herbicidas.
En un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, Sam Caygill y Liam Dolan de GMI muestran experimentalmente que las briófitas, un grupo de plantas poco estudiadas que incluye hepáticas, hornworts y musgos, en realidad pueden tolerar el glifosato e incluso crecer mejor. cuando se expone al herbicida.
El glifosato mata la mayoría de las malas hierbas vasculares al inhibir la enzima EPSP sintasa, que a su vez interfiere con la síntesis de aminoácidos y la producción de proteínas.
Caygill, un estudiante de doctorado de la Universidad de Oxford que trabaja en GMI, sugirió que las briófitas podrían ser tolerantes al glifosato al evitar la EPSP sintasa: si estuviera disponible una vía alternativa a la EPSP sintasa para la síntesis de aminoácidos en las briófitas, las briófitas aún podrían producir proteínas y continuar crecer incluso cuando se exponen al glifosato.
Al combinar el conocimiento adquirido a partir de bases de datos de ADN con la predicción de estructuras basada en IA, Caygill identificó MurA como una enzima estructural y funcionalmente similar a la EPSP sintasa. Si bien los genes MurA están presentes en todas las briófitas, y todas las briófitas analizadas fueron resistentes al glifosato, MurA está ausente en las plantas con flores que son sensibles al glifosato.
Luego, los investigadores probaron experimentalmente si MurA podría mediar en la tolerancia al glifosato. La sobreexpresión de MurA en la briófita Marchantia polymorpha hizo que las plantas fueran más tolerantes al glifosato que las plantas de control con niveles inalterados de MurA.
Mirando la otra cara de la moneda, M. polymorpha que fueron modificadas genéticamente para expresar una versión no funcional de MurA eran menos tolerantes al glifosato que las plantas de control.
Si se requiere MurA para la tolerancia al glifosato, entonces los investigadores se preguntaron: ¿la introducción de MurA en plantas que son naturalmente sensibles al glifosato también podría conferir resistencia al herbicida?
La planta modelo vascular, el rizomet de Thali ( Arabidopsis thaliana ), normalmente no expresa MurA y es sensible al glifosato. La introducción de MurA en Arabidopsis thaliana hizo que las plantas genéticamente modificadas fueran resistentes al glifosato.
Habiendo demostrado que MurA es responsable de la resistencia al glifosato en briofitas, el equipo se asoció con Thomas Köcher del Centro de Metabolómica VBCF para comprender exactamente cómo MurA media la resistencia al glifosato.
Utilizando espectroscopía de masas de alta sensibilidad, los investigadores probaron si MurA producía la misma pequeña composición de EPSP que la EPSP sintasa. De hecho, el equipo demostró que tanto MurA como EPSP sintasa catalizan la producción del mismo producto, EPSP.
Por lo tanto, MurA proporciona una vía alternativa que puede respaldar la producción de aminoácidos y la síntesis de proteínas en briofitas incluso cuando el glifosato inhibe el EPSPS. Este hallazgo fue inesperado ya que canónicamente se pensaba que solo la EPSP sintasa producía EPSP.
“Una cosa es descubrir un mecanismo en la naturaleza que explique por qué algunas plantas son resistentes al glifosato. Otra cosa es descubrir una nueva etapa en la biosíntesis de aminoácidos. El descubrimiento de Sam y Thomas subraya la importancia de incorporar la diversidad de organismos en nuestros programas de investigación. La selección natural creó la diversidad. No debemos limitar nuestros horizontes descuidando esta diversidad”, afirma Dolan, líder del equipo senior y subdirector científico de GMI.
El descubrimiento inesperado pone de relieve por qué organismos tradicionalmente poco estudiados, como las briófitas, pueden proporcionar pistas sobre cuestiones fundamentales en biología. Además, puede conducir a nuevas estrategias para reducir la resistencia de las malezas a los herbicidas.
Fuente: Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI). En la foto aparece Marchantia polymorpha, que es resistente al tratamiento con herbicida glifosato. Crédito de la foto: Johannes Hloch/GMI.
