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CIMMYT (Centro Internacional para Mejoramiento de Maíz y Trigo)

Científicos descubren secuencia de ADN del gene que confiere resistencia a enfermedades importantes de trigo

 
Ravi Singh (derecha) y Julio Huerta-Espino, expertos en trigo.

 

Un equipo internacional de investigadores, del cual forman parte científicos del CIMMYT, descubrieron la base molecular de un gene "maravilla" que, conjuntamente con otros genes que confieren resistencia, ha ayudado a proteger el trigo de tres enfermedades fúngicas fatales por más de 50 años. Al evitar pérdidas en sus cosechas, los beneficios para los agricultores sobrepasan los cinco billones de dólares estadounidenses.

Desde la década de 1970, los agricultores han sembrado variedades de trigo que son resistentes a la roya de la hoja, una enfermedad severa que ataca los cultivos. Sin estas variedades resistentes a la roya, las pérdidas para los productores de trigo habrían ascendido a US5.36 billones de dólares [Documento del Programa de Economía 04-01]. En un estudio que se publicó este mes en la reconocida revista científica Science se muestra la secuencia de Lr34, un gene clave en que se basa la resistencia "durable" del trigo a la roya de la hoja y otras dos enfermedades igualmente graves: la roya lineal y el mildiú polvoso. Hasta ahora, nadie sabía mucho sobre el proceso fisiológico de Lr34. Sin embargo, al descubrirse la secuencia del ADN, los científicos podrán entender mejor el comportamiento del gene.

"Cuando se combina con otros genes menores, el Lr34 a veces permite que el patógeno colonice y se desarrolle en la planta", dice Ravi Singh, genetista/patólogo experto en trigo del CIMMYT y co-autor del artículo publicado en Science, "pero hace que el progreso de la enfermedad sea tan lento que las pérdidas de rendimiento son mínimas. El Lr34 ha resultado ser tan útil que ha sido incorporado en variedades de trigo que se siembran en más de 26 millones de hectáreas en diversos países en desarrollo”.

Investigadores de la Universidad de Zurich (University of Zurich) y de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Mancomunidad de Australia (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australia, CSIRO) trabajaron con Singh y el co-autor Julio Huerta-Espino, investigador experto en royas del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), para determinar la secuencia de Lr34 y hacer pruebas moleculares y en el campo, o ambas, y saber cómo actúa la resistencia del gene. Entre otras cosas, descubrieron que su comportamiento es único, comparado el de los genes llamados de resistencia mayores.

El gene Lr34 codifica y se adhiere a una molécula transportadora de adenosina-trifosfato (ATP), según explica Evans Lagudah, científico de CSIRO y también co-autor del informe publicado en Science. El ATP es un "nucleótido" multifuncional, es decir, una clase de molécula contenida en la estructura del ADN. Esta molécula normalmente transporta, dentro de las células, energía química para el metabolismo. "En los mamíferos, por ejemplo, la molécula transportadora de ATP es la base de la resistencia a los medicamentos quimioterapéuticos utilizados para combatir el cáncer, ya que los transportadores pueden expulsar estas sustancias de las células cancerígenas", dice Lagudah. "En las plantas, ciertos transportadores pueden inhibir o reducir la colonización por patógenos de tejidos infectados."

La ciencia prepara armas contra la roya
En el pasado, para mejorar líneas de trigo con resistencia a la roya, los científicos dependían  en buena parte de genes de resistencia con acción "mayor"; es decir, genes que bloqueaban totalmente la entrada o impedían el desarrollo de cepas específicas del patógeno. Con este método se generaron variedades que rindieron bien algunos años —no se predijo por cuánto tiempo—pero que a la larga sucumbieron ante cepas nuevas y más agresivas. “Los genes mayores normalmente contienen una proteína que "reconoce" cierta proteína en el patógeno, lo cual desencadena la reacción de resistencia", comenta Singh. "Pero si la proteína del patógeno sufre la más mínima mutación, el gene de resistencia ya no puede 'detectar' la infección, las defensas de la planta no se activan y el patógeno recupera su virulencia”.

Por eso, los campos donde los agricultores siembran variedades protegidas únicamente por genes mayores de resistencia están expuestas a epidemias repentinas y en potencia desastrosas, como ocurrió en una vasta zona productora de trigo en el norte de México, a finales de 1970. "En aquel tiempo tanto el gobierno como los organismos dedicados a la investigación científica se vieron obligados a tomar acciones urgentes, de alto costo y casi de tipo militar, para importar y aplicar fungicida, a fin de evitar que se perdiera toda la producción", dice Huerta-Espino.

Para resolver el problema del colapso de la resistencia, el CIMMYT adoptó una estrategia fitotécnica mediante la cual se identifican genes de resistencia de diversas fuentes que, como Lr34, tengan efectos pequeños y aditivos y sean útiles para todas las variantes de la roya. Posteriormente, los investigadores podrán transferir varios de esos genes a las variedades de alto rendimiento, indica Singh. "Cuando Sanjaya Rajaram, ex fitomejorador del CIMMYT, implementó por primera vez esta estrategia, sonaba bien en teoría pero no había garantía de que funcionara", recuerda Singh. "La decisión parece obvia hoy día pero en aquellos tiempos era tan arriesgada que sólo unos cuantos programas fitotécnicos se animaban a ponerla en práctica.”

El resultado para los fitomejoradores
Además de esclarecer la acción del Lr34 a nivel celular, el nuevo estudio ha producido también otros beneficios, como la creación de un marcador de ADN que detecta con precisión la presencia del Lr34 en las variedades de trigo. Con esta herramienta, los fitomejoradores podrán manipular mejor el gene en las cruzas o, según Singh, concentrar su atención en genes de patogenia lenta procedentes de otras fuentes. "Hay genes cuyo comportamiento es parecido al del Lr34, pero son diferentes y se encuentran en otras regiones del cromosoma", dice. "Como el Lr34 está presente en casi todos nuestros materiales de fitomejoramiento, es difícil aislar estos otros genes. Con el nuevo marcador podremos seleccionar para eliminar el Lr34 y generar líneas de trigo experimentales que estamos seguros no portan el gene." Estas líneas se utilizarán para estudiar otros genes de patogenia lenta que quizá permitan crear un tipo totalmente distinto de resistencia.

Singh dice que el CIMMYT también está trabajando con otros genes de patogenia lenta, similares a los que dieron tema al artículo de Science. "La colaboración en estos estudios es fundamental", enfatiza. "Un solo grupo por su propia cuenta no puede hacer todo el trabajo que se necesita tanto en el laboratorio como en el campo." Singh espera que el informe de Science inspire a otros grupos a explorar genes de patogenia lenta en lugar de genes de variantes específicas cuyo estudio resulta más sencillo. "Con la creciente demanda de cereales y el alza de precios del grano, amén de las elevadas temperaturas que posiblemente favorecerán el surgimiento de nuevas variantes del patógeno en regiones de los países en desarrollo, los agricultores necesitarán toda la ayuda que la investigación pueda ofrecerles, para que los cereales básicos que ellos cultivan sean resistentes a enfermedades."

Para más información: Ravi Singh, genetista/patólogo experto en trigo (r.singh@cgiar.org)

 

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