Los agricultores dependen de los pesticidas para controlar las plagas agrícolas. Pero los insectos a menudo desarrollan resistencia a las toxinas de los pesticidas.
por la Universidad de Maryland
Investigadores de la Universidad de Maryland han desarrollado y probado con éxito una estrategia para utilizar la genómica para monitorear e identificar tempranamente la resistencia emergente a toxinas específicas, mucho antes de que se convierta en un problema generalizado. El trabajo permitirá a los agricultores mitigar la resistencia y prolongar la eficacia de las herramientas de control de plagas.
La investigación fue publicada el 18 de marzo de 2024 en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
«La seguridad alimentaria mundial y la protección de la salud pública dependen de la disponibilidad de estrategias efectivas para controlar las plagas, pero tal como están las cosas actualmente, la evolución de la resistencia en muchas plagas de importancia agrícola y de salud pública está superando el ritmo al que podemos descubrir nuevas tecnologías. gestionarlos», afirmó Megan Fritz, profesora asociada de entomología en la UMD y autora principal del estudio. «Estoy muy entusiasmado con este estudio, porque estamos desarrollando el marco para el uso de enfoques genómicos para monitorear y gestionar la resistencia en cualquier sistema».
Durante muchos años, los agricultores han estado plantando maíz que ha sido cultivado para contener químicos naturales que son inofensivos para los humanos pero tóxicos para muchas plagas, incluida la oruga voraz y dañina para los cultivos conocida como gusano elotero . Pero el gusano cogollero del maíz ha desarrollado una resistencia generalizada a algunas de estas toxinas, y no está claro cómo los agricultores pueden prolongar la eficacia de las toxinas restantes, en gran parte porque es difícil monitorear e identificar la resistencia emergente antes de que sea demasiado tarde.
En un artículo anterior de 2021, Fritz y su equipo demostraron que se podían utilizar herramientas genómicas para detectar signos de que estaba evolucionando la resistencia en los gusanos eloteros del maíz cuatro años antes de que el insecto pudiera causar un fracaso generalizado en los cultivos gestionados.
Pero los enfoques que utilizó el equipo eran más adecuados para la investigación que para su uso generalizado en la agricultura, porque requirieron dos experimentos separados para distinguir los cambios genómicos relacionados con la resistencia a las toxinas de aquellos asociados con otros factores como los cambios ambientales.
Para este estudio, los investigadores modificaron su estrategia e identificaron los cambios genómicos específicos responsables de la resistencia a múltiples tipos de toxinas llamadas toxinas Bt. El gusano cogollero del maíz ha desarrollado en gran medida resistencia a dos de las tres toxinas Bt, Cry1Ab y Cry1F. La tercera toxina, conocida como Vip3A, es la única toxina Bt que sigue siendo eficaz contra el gusano cogollero del maíz.
Para probar su nueva estrategia, los investigadores primero secuenciaron los genomas del gusano elotero recolectados de maíz que expresaban solo toxinas Cry individuales y los compararon con los recolectados de maíz que no expresaba toxinas.
Descubrieron que las firmas genómicas de resistencia a las toxinas podían detectarse después de una sola generación de exposición. El equipo también identificó genes específicos con mutaciones que podrían explicar la resistencia a las toxinas. Estos genes codifican enzimas digestivas que cortan las toxinas Cry en trozos más pequeños, evitando quizás que maten a las orugas.
Luego, Fritz y su equipo utilizaron el mismo enfoque de secuenciación del genoma para identificar cambios en el gusano cogollero del maíz que expresa la toxina Vip3A. No sólo identificaron señales tempranas de alerta de resistencia emergente a Vip3A, sino que también describieron cómo las estrategias comunes para prevenir la resistencia podrían en realidad facilitar la resistencia a Vip3A.
El maíz que no expresa Bt a menudo se planta cerca del maíz Bt, de modo que el gusano cogollo del maíz tenga un refugio de las toxinas Bt. Se creía que el gusano cogollero del maíz que se alimentaba de maíz no Bt no estaría expuesto a Vip3A y, por lo tanto, mantendría su susceptibilidad a él. Eso permitiría que el gusano elotero susceptible persistiera y se multiplicara en mayor abundancia que el gusano elotero resistente. La idea es que esta estrategia previene o retarda la acumulación de resistencia en una población de gusano elotero.
Sin embargo, el equipo de Fritz descubrió que el maíz no Bt plantado dentro de cuatro hileras de maíz Bt expresa cierto nivel de toxinas Bt, incluido Vip3A. Es probable que esto se deba a la polinización por el viento que hace que el polen Bt aterrice en el maíz no Bt. A medida que crecen, algunos granos no Bt se «contaminan» y expresan la toxina Vip3A . Los resultados del equipo sugieren que la siembra intercalada de maíz no Bt con maíz Bt para prevenir la resistencia, a veces llamado «refugio mezclado con semillas», puede de hecho exponer a las orugas a niveles bajos de Vip3A y acelerar la aparición de resistencia a Vip3A.
El trabajo de Fritz indica que una verdadera prevención de la resistencia podría requerir cambios de estrategias, tanto en la forma de plantar el maíz Bt como en la forma de monitorear la resistencia. Este estudio ofrece un marco de pruebas genómicas para monitorear el éxito de la prevención de resistencia en el futuro.
Este estudio se realizó con colegas de la Universidad de Carolina del Norte.
Más información: Fritz, Megan L., Polinización cruzada en refugio de mezcla de semillas y selección de resistencia a Vip3A en una plaga de lepidópteros detectada mediante monitoreo genómico, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2319838121 . doi.org/10.1073/pnas.2319838121
