Las bacterias, los virus y los hongos son expertos en desarrollar nuevas estrategias para infiltrarse en las plantas y causar enfermedades que perjudican los cultivos.
por Erin Matthews, Universidad de Saskatchewan
Para anticiparse a estos patógenos, investigadores de la Universidad de Saskatchewan (USask), como la Dra. Valentyna Klymiuk (Ph.D.) y el Dr. Curtis Pozniak (Ph.D.), estudian variedades silvestres de trigo resistentes a estos patógenos dañinos. Esto les llevó a descubrir algo desconocido: un par de genes únicos que trabajan juntos para proteger contra las enfermedades.
Para apoyar su programa de desarrollo de variedades, el Centro de Desarrollo de Cultivos (CDC) de USask ha estado sumergiéndose nuevamente en el acervo genético del trigo y examinando sus parientes silvestres para encontrar rasgos útiles que se puedan implementar de manera efectiva en nuevos cultivares de trigo.
El trigo silvestre no ha sido domesticado, por lo que no puede utilizarse directamente en el mejoramiento genético, pero contiene una diversidad útil para responder a las amenazas ambientales. Esto lo hace ideal para aprender nuevos métodos de resistencia de los cultivos .
La investigación en los CDC se centra en mejorar las variedades de cultivos. Al integrar la investigación básica en el fitomejoramiento, los CDC traducen los descubrimientos científicos en nuevas variedades de alto rendimiento que los agricultores pueden utilizar.
«Parte de nuestra investigación consiste en mantenernos un paso por delante de los patógenos mediante la identificación de nuevos genes de resistencia que, idealmente, podrían apilarse, como bloques de Lego, para que el patógeno no pueda superar fácilmente la resistencia», dijo Klymiuk.
Al analizar a fondo una cepa silvestre de trigo, Klymiuk y Pozniak descubrieron que presentaba una resistencia significativa a la roya amarilla, un tipo de infección fúngica que se encuentra entre las cinco enfermedades más preocupantes para los productores. Klymiuk y Pozniak pronto se dieron cuenta de que la resistencia que identificaron en esta cepa silvestre se comportaba de forma diferente a la esperada.
Sus hallazgos fueron publicados en Nature Genetics.
«Una vez que empezamos a evaluar la resistencia, vimos que era diferente a otras que habíamos estudiado antes. La resistencia actuaba de forma atípica, lo que indicaba una respuesta vegetal muy distinta», explicó Pozniak, profesor y director de los CDC en la USask. «Estábamos bastante intrigados por lo que realmente estaba sucediendo».
Klymiuk, investigador del programa de Pozniak, explicó que, por lo general, un gen es responsable de la expresión de la roya lineal, pero en el caso de este trigo silvestre, determinaron que se requieren dos genes que trabajen en conjunto para lograr una resistencia completa. Un gen detecta el patógeno invasor, mientras que el otro activa la respuesta inmunitaria de la planta para detenerlo.
Para confirmar qué genes eran responsables de la resistencia, los experimentos de Klymiuk desactivaron cada uno de los genes, como si se accionara un interruptor para ver qué habitación de la casa se oscurecía. Al desactivar el gen, la planta ya no puede protegerse y se vuelve susceptible al patógeno. Sin embargo, este par único de genes resultó ser una anomalía, lo que provocó un contratiempo en los resultados del investigador.
Al principio, pensábamos que solo un gen era responsable. La mayoría de nuestros resultados eran coherentes, pero algunas plantas no nos dieron los resultados esperados. Esto nos dejó perplejos, así que volvimos a replantear nuestros experimentos y a comprobar si realmente había dos genes implicados. Tras realizar nuevas pruebas, los resultados quedaron claros, dijo Klymiuk.
El equipo investigó más a fondo y descubrió que los dos genes atípicos interactúan a nivel de proteínas y se unen físicamente para iniciar la respuesta de resistencia.
«Muchas veces, cuando las cosas no cuadran, la tentación es seguir adelante, pero realmente investigamos a fondo para descubrir qué estaba pasando y fue entonces cuando nos dimos cuenta de que los genes se comunicaban y trabajaban juntos, y eso es lo realmente nuevo», dijo Pozniak.
Si nos hubiéramos dado por vencidos después del primer conjunto de experimentos, nunca habríamos llegado a la conclusión de que la unión de dos genes era necesaria para la resistencia. Es una gran historia científica.
Identificar interacciones genéticas complejas que ofrecen mayor resistencia, como las publicadas en este artículo reciente, es crucial en la lucha continua contra las enfermedades de los cultivos. Debido al comportamiento peculiar de los genes, Klymiuk desarrolló una prueba de ADN para garantizar la presencia de este par de genes en las nuevas plantas. Con esta prueba de ADN, estos genes pueden utilizarse rutinariamente en el programa de mejoramiento .
Estos descubrimientos permiten a los CDC añadir herramientas robustas a su conjunto de herramientas genéticas, ayudando a producir variedades de trigo más fuertes y resistentes durante muchos años más.
«La interconexión entre la investigación y el mejoramiento nos permite tener la vista puesta en el objetivo y desarrollar las variedades más productivas para los agricultores. Este proyecto también nos ayuda a comprender y apreciar la complejidad de la biología vegetal. Las plantas necesitan adaptarse, y lo hacen de maneras innovadoras e interesantes», afirmó Pozniak.
Más información: Valentyna Klymiuk et al., La función coordinada de pares de NLR confiere resistencia a la roya amarilla mediada por Yr84 en el trigo, Nature Genetics (2025). DOI: 10.1038/s41588-025-02203-4
