Una colaboración de investigación internacional dirigida por el Centro John Innes ha utilizado métodos innovadores de descubrimiento genómico para mostrar cómo podemos detener la enfermedad emergente y altamente destructiva conocida como añublo del trigo.
por el Centro John Innes
En experimentos, los investigadores identificaron dos genes que protegían a las plantas experimentales de trigo contra la exposición al hongo patógeno Magnaporthe oryzae, que causa el añublo.
Para hacer el descubrimiento, el equipo utilizó una técnica llamada AgRenSeq , que les permitió buscar genes útiles entre un panel de variedades de trigo tradicionales llamado Watkins Collection. También buscaron entre los pastos silvestres parientes del trigo.
La Colección Watkins se recopiló en todo el mundo en la década de 1930 y consta de más de 300 líneas de trigo o variedades locales que contienen diversidad para combatir enfermedades que existía en el trigo antes del mejoramiento intensivo. Estas colecciones de cultivos cultivados localmente, junto con los pastos silvestres afines al trigo, se han convertido en un recurso vital para los investigadores que buscan genes que protejan los cultivos modernos de las enfermedades emergentes.
El profesor Paul Nicholson, líder de grupo en el Centro John Innes, dijo: «Hemos hecho un descubrimiento importante sobre una enfermedad emergente que amenaza la seguridad alimentaria mundial y, en el proceso, destacamos el poder de la Colección Watkins y el conjunto de herramientas genómicas AgRenSeq. Ahora nuestra función es interactuar con organizaciones como el CIMMYT (investigación global sin fines de lucro) para proporcionar información sobre genes de resistencia adicionales y permitirles garantizar que sus materiales de mejoramiento contengan estos genes para que estén protegidos contra el añublo».
Para identificar genes de resistencia, los investigadores probaron plántulas y espigas de la colección de Watkins con aislados especialmente modificados del patógeno del añublo para identificar qué plantas eran resistentes y cuáles eran susceptibles al hongo.
Luego utilizaron AgRenSeq, la técnica de descubrimiento de genes desarrollada por el Dr. Sanu Arora, líder de grupo en el Centro John Innes, para identificar secciones del genoma que mostraban actividad genética en plantas resistentes.
Esto condujo a la identificación de un gen de resistencia candidato Rwt3, que protege el trigo mediante la regulación de un gen NLR. En las plantas, los genes NLR funcionan codificando proteínas defensivas que detectan moléculas efectoras de patógenos y desencadenan una respuesta protectora, como los anticuerpos que protegen a los humanos de las infecciones.
El otro gen descubierto, Rwt4, es otra molécula defensiva llamada quinasa en tándem. Este gen también se encontró en la colección de Aegilops tauschii, un antepasado de hierba silvestre del trigo harinero moderno.
Los experimentos de invernadero que utilizaron plantas de trigo en las que se perdió la función de estos genes de resistencia mostraron que eran susceptibles al añublo del trigo , lo que confirma que Rwt3 y Rwt4 protegen a las plantas contra el añublo.
El estudio, que aparece en Nature Plants , también reveló que una versión de Rwt4 denominada Pm24 también protegía a las plantas contra otra enfermedad importante del trigo, el oídio.
El método es potencialmente lo suficientemente adaptable para encontrar genes de resistencia que respondan a cepas geográficamente específicas del patógeno, dice el equipo de investigación. Ofrece una prueba de concepto de cómo podemos responder a las enfermedades emergentes de los cultivos identificando genes de resistencia en variedades heredadas o parientes silvestres y asegurando que estas barreras genéticas a las enfermedades estén presentes en los cultivares de élite.
La colaboración, que incluye grupos de Japón y Arabia Saudita, ahora planea poner esta información a disposición del CIMMYT proporcionando marcadores genéticos. Esto permite a los mejoradores identificar rápidamente estos genes en sus colecciones y garantizar que los incluyan en el mejoramiento de cultivares de trigo resistentes a la ráfaga.
El Dr. Sanu Arora, primer autor del estudio, dijo: «El efecto desastroso del brusone del trigo en los cinturones de trigo de América del Sur, el sur de Asia y África es una campana de advertencia para Europa. No estamos seguros de si esta enfermedad ya está en el horizonte». de Europa, pero la enfermedad podría potencialmente viajar a través de la migración humana o la importación de semillas, por lo tanto, es de vital importancia defender este cultivo vital contra la amenaza que se avecina».
El Dr. Jonathan Clarke, jefe de intercambio de conocimientos y comercialización en el Centro John Innes, dijo: «Este es un muy buen ejemplo de una colaboración internacional que contribuye a los objetivos de sostenibilidad de las Naciones Unidas porque la sanidad vegetal mundial es importante para lograr la sostenibilidad alimentaria».
«Una quinasa de trigo y un receptor inmunitario forman barreras de especificidad de huésped contra el hongo explosivo», aparece en Nature Plants .
Añublo del trigo: una breve historia
El brusone del trigo ha dejado un rastro de destrucción en tres continentes desde que se informó por primera vez en 1985 y ahora se considera una gran amenaza para la seguridad mundial del trigo. En consecuencia, el descubrimiento y despliegue de genes de resistencia contra este patógeno son fundamentales para mitigar esta amenaza.
Causado por el hongo patógeno Magnaporthe oryzae, el añublo del trigo se identificó por primera vez en Brasil en 1985 debido a un «salto del huésped» del raigrás. Desde entonces, el patógeno ha causado epidemias en los vecinos de Brasil, incluidos Bolivia y Paraguay, y se han informado nuevos brotes en Zambia, India y Bangladesh.
Estudios recientes sugieren que el salto del huésped se produjo debido a una recombinación híbrida de dos especies del hongo patógeno. La búsqueda de genes resistentes es urgente porque los fitomejoradores no han seleccionado variedades modernas de trigo para incluir genes resistentes al añublo en sus programas.
Los genes de resistencia en el trigo Rwt3 y Rwt4 funcionan porque reconocen los genes patógenos PWT3 y PWT4 y, en consecuencia, previenen la infección. Se ha propuesto que las epidemias en Brasil ocurrieron debido al cultivo generalizado de trigo que carece de Rwt3, lo que los hace susceptibles a los patotipos de raigrás.
Los patotipos de raigrás también se han asociado con el brote de brusone del trigo en los EE. UU. Esto enfatiza la importancia de mantener Rwt3 y Rwt4 en los cultivares de trigo para prevenir futuros saltos de hospedantes.
Más información: Brande Wulff, Una quinasa de trigo y un receptor inmunitario forman barreras de especificidad de huésped contra el hongo explosivo, Nature Plants (2023). DOI: 10.1038/s41477-023-01357-5 . www.nature.com/articles/s41477-023-01357-5
