En la batalla más reciente de la interminable guerra entre agricultores e insectos, estos últimos están contraatacando adaptándose a cultivos modificados genéticamente para matarlos.
Un nuevo estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias identifica una mutación hereditaria dominante que confiere resistencia al algodón modificado en las orugas del gusano cogollero, una de las plagas agrícolas más destructivas del mundo. El uso vanguardista de la genómica y la edición genética en el estudio marca el inicio de una nueva era en los esfuerzos globales para promover un control de plagas más sostenible.
El algodón, el maíz y la soja han sido modificados genéticamente para producir proteínas que eliminan plagas a partir de la bacteria del suelo Bacillus thuringiensis, o Bt. No tóxicas para las personas ni para la fauna silvestre, incluidas las abejas, estas proteínas Bt, respetuosas con el medio ambiente, se han utilizado en pulverizaciones por agricultores orgánicos durante más de 50 años y en cultivos Bt modificados, plantados por millones de agricultores en todo el mundo en un total acumulado de más de dos mil millones de acres desde 1996.
Entomólogos de la Universidad de Arizona, la Universidad de Tennessee y la Universidad Agrícola de Nanjing (China) colaboraron en este estudio de tres partes. Sus objetivos eran identificar la mutación que confiere resistencia al Bt en los gusanos de la cápsula, modificar con precisión un gen del gusano para demostrar que esta mutación causa resistencia y descubrir cómo se propaga la resistencia en los campos de algodón de China.
«Es una historia de detectives extraordinaria», afirmó Bruce Tabashnik, profesor de la Facultad de Entomología de la UA y coautor del estudio. «Sin los últimos avances en tecnología genética, no habría sido posible encontrar el único cambio de par de bases de ADN que causa resistencia entre los cientos de millones de pares de bases del genoma del gusano cogollero».
Durante años, los científicos han sabido que los insectos pueden desarrollar resistencia a las proteínas Bt, al igual que a los insecticidas convencionales. Sin embargo, la resistencia a Bt se hereda de forma recesiva en casi todos los casos estudiados previamente. Esto significa que los insectos deben tener dos copias del gen de resistencia (una de cada progenitor) para poder alimentarse y sobrevivir del cultivo Bt.
Para combatir la resistencia, los agricultores plantan refugios de cultivos no Bt, donde los insectos susceptibles pueden prosperar. La idea es que los insectos resistentes poco comunes se apareen con los insectos susceptibles más abundantes de los refugios, produciendo descendencia que solo alberga una copia del gen de resistencia. Con la resistencia heredada recesivamente, esta descendencia no sobrevive en el cultivo Bt.
Aunque los refugios no detienen por completo la evolución de la resistencia, pueden retrasarla sustancialmente, en particular cuando la resistencia es recesiva.
Sin embargo, en China, según el artículo, la resistencia dominante del gusano cogollero al Bt está en aumento. Solo una copia de una mutación dominante hace que un gusano cogollero sea resistente.
Dado que se desconocía previamente la base genética de la resistencia dominante al Bt, los investigadores tuvieron que analizar a fondo el genoma completo del gusano cogollero para encontrar al culpable. Al comparar el ADN de gusanos cogolleros resistentes y susceptibles, redujeron la búsqueda de 17.000 genes a una región de tan solo 21 genes asociados con la resistencia.
«Pero sólo 17 de esos genes codifican proteínas que son producidas por las orugas», dijo Tabashnik, explicando que sólo las orugas del gusano cogollero se alimentan de algodón y pueden ser eliminadas por las proteínas Bt.
«Al comparar las secuencias de esos 17 genes entre las cepas, solo se observó una diferencia consistente», afirmó Tabashnik. «Había una posición donde todos los gusanos resistentes tenían un par de bases de ADN, mientras que todos los gusanos susceptibles tenían un par de bases de ADN diferente».
Este par de bases fundamental se encuentra en un gen recientemente identificado, HaTSPAN1, que codifica una tetraspanina, una proteína con cuatro segmentos que atraviesan las membranas celulares. Aunque se desconoce la función normal de HaTSPAN1, muchas otras tetraspaninas son importantes en la comunicación intercelular. A pesar de los casi 30 000 estudios previos sobre Bt o tetraspaninas, este nuevo estudio es el primero en encontrar una fuerte conexión entre ellas.
Una vez identificado el par de bases mutante, el segundo reto fue determinar si esta única mutación causa resistencia. Para averiguarlo, el equipo de investigación utilizó la herramienta de edición genética CRISPR para alterar con precisión únicamente el gen HaTSPAN1. Al alterar el gen en gusanos resistentes, estos se volvieron completamente susceptibles al Bt. Por el contrario, al insertar la mutación en el ADN de gusanos susceptibles, estos se volvieron resistentes, lo que demuestra que este cambio de un solo par de bases puede causar resistencia.
El paso final fue comprobar la hipótesis de que esta mutación contribuye a la resistencia del algodón Bt en el campo. Al analizar la mutación en el ADN de miles de polillas del gusano de la cápsula preservadas, recolectadas entre 2006 y 2016, los investigadores descubrieron que la frecuencia de la mutación se multiplicó por 100, de 1 entre 1000 a 1 entre 10.
Los gusanos de la cápsula resistentes aún no son lo suficientemente numerosos como para reducir notablemente la producción de algodón en China, pero el gen dominante se está propagando más rápido que otros genes de resistencia. El análisis de Tabashnik predice que, si la tendencia actual continúa, la mitad de los gusanos de la cápsula del algodón del norte de China desarrollarán resistencia gracias a esta mutación en un plazo de cinco años.
«Si las cosas continúan en la misma trayectoria, esta es la mutación que causará problemas a los agricultores en el campo», dijo Tabashnik.
Sin embargo, es pronto para que los agricultores chinos cambien sus tácticas y combatan la resistencia a la Bt. El artículo menciona que podrían cambiar del algodón que produce solo una proteína Bt a los tipos de algodón cultivados en Estados Unidos y Australia, que producen dos o tres proteínas Bt distintas. Tabashnik espera que la nueva investigación impulse una mayor sostenibilidad para los agricultores.
«Les da la información para tomar decisiones constructivas y proactivas antes de que sea demasiado tarde», dijo Tabashnik.
Al tomar muestras de las poblaciones de plagas de un año a otro, los agricultores y los investigadores pueden aprender qué métodos son más eficaces para frustrar la resistencia.
Comprender la resistencia del gusano cogollero tiene implicaciones globales porque está presente en más de 150 países y ahora amenaza con invadir Estados Unidos.
«Será interesante detectar esta mutación en el gusano del algodón de Australia, India y Brasil», dijo Yidong Wu, profesor de entomología en la Universidad Agrícola de Nanjing que dirigió la investigación en China.
Por supuesto, la tecnología para escanear genomas no se limita a una especie de plaga de cultivos.
«Los datos muestran que los análisis genómicos serán útiles para monitorear la evolución de la resistencia no sólo al Bt, sino a los insecticidas en general», dijo Fred Gould, quien no participó en el estudio pero es profesor de entomología en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y miembro de la Academia Nacional de Ciencias.
Más información: Lin Jin et al., «Mutación puntual dominante en un gen de tetraspanina asociada con la resistencia del gusano cogollero del algodón al algodón Bt transgénico, desarrollada en campo», PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1812138115
