Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Los detectives de plantas desarrollan una nueva forma de rastrear la propagación global de las principales enfermedades de las plantas


Un equipo dirigido por científicos de la Universidad Estatal de Oregón ha desarrollado una forma de frustrar potencialmente la propagación de una bacteria que causa enfermedades y que daña a más de cien especies de plantas en todo el mundo, un avance que podría ahorrarle a la industria de viveros miles de millones de dólares al año.


por la Oregon State University


La investigación tiene implicaciones importantes para los productores de plantas comerciales porque podría ayudar a detener la propagación de Agrobacterium. La bacteria causa la enfermedad de la agalla de la copa, que afecta a más de 100 especies de plantas , incluidos árboles frutales, rosas, vid, plantas de vivero y árboles de sombra. Esas especies tienen un valor combinado de más de $ 16 mil millones anuales solo en los Estados Unidos, según el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.

Los métodos desarrollados para el estudio también se pueden aplicar potencialmente para rastrear enfermedades en humanos y animales e incluso brotes de enfermedades transmitidas por alimentos. Por ejemplo, los plásmidos propagan genes resistentes a los antibióticos, un problema apremiante para la salud humana y animal.

Los científicos del estado de Oregón trabajaron con investigadores del Servicio de Investigación Agrícola del USDA en el estudio. Los hallazgos acaban de publicarse en la revista Science .

«Comprender la base genética de cómo los patógenos emergen y se diversifican en los ecosistemas agrícolas es fundamental para determinar su propagación y evaluar los riesgos», dijo Jeff Chang, profesor de la Facultad de Ciencias Agrícolas del Estado de Oregon y uno de los autores del estudio. «Estos son críticos para informar políticas para mejorar la salud de las plantas y prepararse contra brotes de enfermedades para aumentar la seguridad alimentaria global».

El artículo se centra en los plásmidos, moléculas de ADN autorreplicantes que se encuentran en Agrobacterium. Su propagación amplifica la propagación de la enfermedad. Los plásmidos de Agrobacterium tienen genes que le dan a Agrobacterium la capacidad única de transferir una porción del plásmido a las células de las plantas y reprogramar genéticamente al huésped para causar la enfermedad de la vesícula o de la raíz pilosa.

Estos plásmidos también tienen genes que permiten que Agrobacterium transfiera todo el plásmido horizontalmente de una bacteria a otra en lugar de a través de la herencia vertical, o de padres a hijos. Al adquirir un plásmido dañino, una cepa de Agrobacterium previamente benigna puede convertirse en un nuevo linaje patógeno. Esta habilidad dificulta el control del patógeno y el seguimiento de un brote. Por lo tanto, para desarrollar su sistema de rastreo, los investigadores primero tuvieron que comprender la evolución y clasificación de los plásmidos.

Antes de esta investigación, el punto de vista científico aceptado era que la transferencia frecuente de información genética entre los plásmidos y la gran cantidad de variación genética entre las especies de Agrobacterium hacían que dibujar relaciones evolutivas entre los dos fuera prácticamente imposible. Sin dicha información no es posible rastrear con precisión los brotes de enfermedades.

Los detectives de plantas desarrollan una nueva forma de rastrear la propagación global de las principales enfermedades de las plantas.
Vides de uva sanas. Crédito: Lynn Ketchum, Servicio de Extensión de la Universidad Estatal de Oregón.

Los investigadores se centraron en dos clases de plásmidos, inductores de tumores e inductores de raíces, que proporcionan a Agrobacterium la capacidad de transferir una porción del plásmido a las plantas y causar enfermedades.

Melodie Putnam, directora de la Clínica de plantas del estado de Oregón, y otros en OSU y USDA-ARS proporcionaron cientos de cepas con plásmidos de su colección bien curada y ayudaron a analizar los grandes conjuntos de datos.

Alexandra Weisberg, autora principal e investigadora postdoctoral co-dirigida por Chang y Niklaus Grünwald, de la Unidad de Investigación de Cultivos Hortícolas del USDA-ARS en Corvallis, secuenciaron 140 cepas con plásmidos y, sorprendentemente, descubrieron que los plásmidos descendían de solo nueve linajes .

«Armados con esta extensa información de secuenciación genética sobre cómo clasificar los plásmidos y Agrobacterium, podríamos inferir cómo se mueven las bacterias entre los viveros y cómo se mueven los plásmidos entre las bacterias», dijo Weisberg.

Tener secuencias genómicas completas de Agrobacterium permitió a los investigadores vincular los viveros sobre la base de tener cepas con las mismas secuencias de genoma y plásmido, la misma secuencia de genoma pero diferentes secuencias de plásmido, o diferentes secuencias de genoma pero las mismas secuencias de plásmido, dijo Weisberg.

Pudieron rastrear al menos siete casos en los que la distribución global de plantas contribuyó a la transmisión generalizada de una sola combinación de cepa-plásmido de Agrobacterium. Uno de estos casos incluyó un vivero que produce plantas para mayoristas y puede haber servido como una especie de fuente cero de pacientes para muchos brotes. Las cepas de la misma combinación genotipo-plásmido se identificaron más tarde en otros dos viveros en otra parte del mundo.

Con la capacidad de analizar por separado las bacterias del plásmido, los investigadores encontraron muchos casos en los que la transmisión del plásmido perpetuaba la propagación de la enfermedad. Por ejemplo, encontraron una combinación de cepa-plásmido que se recolectó en 1964. Los plásmidos con las mismas secuencias se identificaron en cepas recolectadas 30 a 40 años después en diferentes partes del mundo.

Algunas cepas de Agrobacterium, y algunos plásmidos, se han modificado y se utilizan en herramientas para estudiar la función de las plantas y para introducir nuevos rasgos en las plantas. Al caracterizar la variación y las relaciones entre los plásmidos, los hallazgos de este estudio también tienen aplicaciones potenciales para optimizar estas herramientas de biotecnología o desarrollar otras nuevas para avanzar en la investigación.


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