A la gente le encanta el sabor del principal subproducto de la remolacha azucarera: el azúcar blanco. Los nematodos quísticos del suelo (gusanos parásitos microscópicos) también disfrutan de esta verdura de raíz, pero como su única fuente de alimento.
Por Gary Goettling, Universidad de Georgia
Es un problema obstinado y costoso para los agricultores que los investigadores de la Facultad de Ciencias Agrícolas y Ambientales (CAES) de la Universidad de Georgia están trabajando para resolver.
En un estudio publicado en la revista PLOS Pathogens , la nematóloga Melissa Mitchum y el investigador Xunliang Liu han hecho un descubrimiento importante para entender cómo los nematodos quísticos se apropian del sistema vascular de la remolacha azucarera para su propio beneficio. Sus esfuerzos abren el camino hacia un nuevo enfoque para combatir las infecciones.
«Los nematodos del quiste son específicos de cada cultivo y, además de la remolacha azucarera, atacan las raíces del maíz, el tabaco, la soja y la mayoría de los otros cultivos de alto valor», señaló Mitchum, profesor de nematología vegetal en el Departamento de Fitopatología y el Instituto de Fitomejoramiento, Genética y Genómica.
El nematodo del quiste específico de la remolacha azucarera es el Heterodera schachtii. «Pero todos atacan a los cultivos de forma similar y el nematodo del quiste de la soja por sí solo es responsable de más de mil millones de dólares en pérdidas agrícolas anuales en los EE. UU.»
Descifrando el mecanismo parasitario
Cuando el funcionamiento normal de las raíces se ve alterado por el desvío de nutrientes de la planta hacia el nematodo, el crecimiento de las plantas hospedantes se atrofia, sus hojas se marchitan y decoloran y el rendimiento de los cultivos se reduce significativamente. Sin embargo, los gusanos no matan a la planta, ya que es su única fuente de alimento.
«Son tan buenos en lo que hacen», dijo Mitchum, «y son tan difíciles de combatir porque han explotado todas las vías de señalización importantes relacionadas con el desarrollo que utiliza el huésped».
Los esfuerzos de erradicación convencionales incluyen la rotación con cultivos no hospedantes y la plantación de variedades de cultivos resistentes a los nematodos.
En lugar de utilizar remolacha azucarera real, los científicos del CAES llevaron a cabo su investigación con un modelo no agrícola vulnerable a los nematodos del quiste de la remolacha azucarera, una maleza con flores llamada Arabidopsis que se utiliza habitualmente en patología vegetal . Es ideal para los estudios porque es una planta pequeña con un genoma comparativamente pequeño, es barata y crece fácil y rápidamente.
«Podemos trasladar los descubrimientos que hagamos con Arabidopsis a la remolacha azucarera y a los cultivos que son atacados por otros tipos de nematodos quísticos», explicó Mitchum. «De forma muy similar a cómo se utiliza un modelo de ratón para aprender sobre enfermedades humanas».
Al centrarse en el papel de un conjunto de factores reguladores responsables del crecimiento y desarrollo de las plantas, llamados HD ZIP III, los investigadores descubrieron que el péptido del nematodo activa estos genes cuando el péptido de la planta normalmente no lo haría, lo que desencadena el proceso en el que las células de la raíz normales se convierten en un sitio de alimentación altamente desarrollado.
«Nuestra investigación sugiere que los nematodos quísticos aprovechan el núcleo del programa de desarrollo vascular de una planta para su éxito como parásitos», dijo Liu, investigador asociado en el Laboratorio Mitchum. «Este descubrimiento podría ayudarnos a identificar nuevos objetivos para la ingeniería de cultivos con el fin de combatir las enfermedades causadas por nematodos».
Ingeniería de cultivos para detener las infecciones por nematodos
El siguiente paso, según Mitchum, sería modificar mediante bioingeniería la remolacha azucarera o otras plantas de cultivo para que resistan la infección inicial de la raíz de la planta.
«Hemos demostrado que si se bloquean las señales de biocomunicación, el nematodo se detiene», afirmó. «No puede establecer un sitio de alimentación y completar su ciclo de vida, que dura entre 25 y 30 días».
«La interacción entre miembros de dos reinos diferentes, especialmente a nivel molecular, donde el parásito animal evolucionó para producir péptidos que se parecen y actúan como péptidos vegetales, es fascinante», agregó Mitchum. «Esto no se puede inventar».
Más información: Xunliang Liu et al, Un papel importante de los HD-ZIP de clase III en la promoción del parasitismo del nematodo del quiste de la remolacha azucarera en Arabidopsis, PLOS Pathogens (2024). DOI: 10.1371/journal.ppat.1012610
