Si no se controlan, las plagas de insectos pueden devastar los cultivos. Para minimizar los daños y reducir la necesidad de utilizar insecticidas, se han modificado genéticamente los cultivos para que produzcan proteínas bacterianas que matan a las principales plagas pero no son dañinas para las personas ni la vida silvestre. Sin embargo, la plantación generalizada de estos cultivos transgénicos ha provocado una rápida adaptación de algunas plagas.
Un nuevo estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias revela una nueva base genética de resistencia a los cultivos transgénicos en una de las plagas de cultivos más importantes en los Estados Unidos.
Investigadores del Departamento de Entomología de la Facultad de Agricultura, Ciencias de la Vida y del Medio Ambiente de la Universidad de Arizona utilizaron la genómica para investigar los cambios genéticos que causan resistencia a los cultivos transgénicos en poblaciones de campo del gusano cogollero del maíz , también conocido como gusano del algodón o Helicoverpa zea. Descubrieron que en esta plaga voraz , la resistencia desarrollada en el campo no estaba asociada con ninguno de los 20 genes previamente implicados en la resistencia a las proteínas que matan plagas en los cultivos transgénicos.
“El gusano cogollero del maíz es una de las plagas más desafiantes del mundo en términos de su capacidad para desarrollar rápidamente resistencia en el campo a los cultivos genéticamente modificados. Identificamos 20 genes que albergan mutaciones que confieren resistencia a las proteínas que matan plagas con base en trabajos previos con cepas seleccionadas en laboratorio del gusano cogollero del maíz, así como poblaciones de campo resistentes y cepas de laboratorio de otras plagas de lepidópteros”, dijo el autor principal del estudio Bruce Tabashnik, jefe del Departamento de Entomología de la U of A.
“Llamamos a estos 20 genes ‘los sospechosos habituales’. Contrariamente a nuestras expectativas, al buscar al culpable de la resistencia desarrollada en el campo del gusano cogollero, ninguno de los sospechosos habituales resultó culpable”.
Una nueva herramienta en la interminable batalla contra las plagas
Para protegerse del gusano cogollero y de otras plagas importantes de orugas y escarabajos, se han modificado genéticamente plantas de cultivo para que produzcan proteínas de la bacteria común Bacillus thuringiensis o Bt. A diferencia de los insecticidas de amplio espectro, las proteínas Bt son activas contra relativamente pocas especies de insectos. Mientras que los insecticidas de amplio espectro son venenos para los nervios, las proteínas Bt pueden ejercer toxicidad solo si se ingieren y posteriormente se unen a receptores intestinales específicos que están ausentes en la mayoría de las especies que no son plagas, incluidos los humanos.
Debido a su eficacia y seguridad, los cultivos Bt se cultivan en docenas de países en más de 250 millones de acres cada año. En Estados Unidos, en 2024, las variedades Bt representaban el 86% del maíz y el 90% del algodón plantados. Sin embargo, la evolución de la resistencia por parte de plagas como el gusano cogollero del maíz ha disminuido los beneficios de los cultivos Bt.
El gusano cogollero es una de las plagas de mayor importancia económica en los Estados Unidos, ya que causa cientos de millones de dólares en daños y costos anuales. Ataca una amplia variedad de cultivos, incluidos el maíz, el algodón, la soja y el tomate.
Un giro en el ADN
Para analizar la base genética de la resistencia desarrollada en el campo por el gusano cogollero del maíz, los investigadores de la U of A colaboraron con colegas de la Universidad Texas A&M que habían utilizado bioensayos para evaluar la resistencia probando insectos derivados del campo.
“Los bioensayos se utilizan rutinariamente para determinar si los insectos son resistentes al exponerlos a las proteínas Bt en el laboratorio”, dijo el coautor del estudio y profesor de entomología de la Universidad de Alberta, Luciano Matzkin.
Una vez finalizados los bioensayos, los insectos analizados suelen desecharse. En esta innovadora colaboración, los insectos de los bioensayos realizados en Texas A&M se congelaron y se enviaron a la U of A para la extracción y secuenciación de ADN con el fin de escanear todo el genoma en busca de diferencias genéticas entre las orugas resistentes y susceptibles del gusano cogollero del maíz. El análisis genómico, que incluyó algunos especímenes secuenciados previamente, incluyó 937 gusanos cogolleros del maíz de 17 sitios en siete estados del sur de los Estados Unidos, muestreados entre 2002 y 2020.
“En estudios anteriores, examinamos cuidadosamente 20 genes que afectaban la forma en que las plagas respondían a las proteínas Bt. Nuestra evidencia indica que los cambios en estos genes no están causando resistencia a los cultivos Bt en las poblaciones silvestres del gusano cogollero del maíz”, explicó Andrew Legan, investigador postdoctoral en la U of A y primer autor del estudio.
“En cambio, descubrimos que la resistencia estaba asociada a un grupo de genes que se duplicaban en algunas poblaciones de campo resistentes. Pero sigue siendo un misterio cuántos de estos genes contribuyen a la resistencia y cómo la confieren”.
A pesar de no limitar la causa de la resistencia a un solo gen, los investigadores afirman que el estudio proporciona un importante recordatorio de que la base genética de la resistencia puede diferir entre el campo y el laboratorio. Esta es una advertencia fundamental para el desarrollo de herramientas para monitorear la resistencia en el campo. Los resultados también demuestran cómo se pueden utilizar los bioensayos con los análisis genómicos.
Como lo ilustra el estudio, los análisis genómicos de insectos resistentes y susceptibles preservados a partir de bioensayos de monitoreo de rutina pueden ayudar a dilucidar la base genética de la resistencia desarrollada en el campo, mientras que los resultados del bioensayo pueden determinar inmediatamente el estado de la resistencia en el campo y ayudar a facilitar las decisiones de manejo.
Más información: Bruce E. Tabashnik et al, Desajuste entre la resistencia generada en laboratorio y la resistencia desarrollada en campo a los cultivos transgénicos Bt en Helicoverpa zea, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2416091121
