CIMMYT E-News, vol 6 no. 2, Febrero de 2009
Un equipo internacional de investigadores, que incluye 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. Los beneficios para los agricultores, al no haber pérdidas en sus cosechas, 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 de los productores de trigo habrían sido de US5.36 billones de dólares. [Documento del Programa de Economía 04-01] Un estudio que se publicó este mes en la reconocida revista científica Science muestra la secuencia deLr34, un gene clave en que se basa esta 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. Al descubrir la secuencia del ADN los científicos podrán entender el comportamiento del gen.
“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 la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Mancomunidad de Australia (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australia, CSIRO) colaboraron 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 de ambas, para saber cómo actúa la resistencia del gen. 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.” —aunque no se predijo cuánto duraría la resistencia— pero que con el tiempo sucumbieron ante nuevas y más agresivas cepas de roya. “Los genes mayores tradicionalmente contienen una proteína que “reconoce” la proteína en el patógeno que desencadena la reacción de la resistencia”, reporta Singh. “Pero hasta con la mutación de un minuto en esa proteína del patógeno, el gene que confiere resistencia podría dejar de ‘detectar’ una infección, no se activaría ninguna defensa de la planta y el patógeno recuperaría su virulencia.”
Por esta razón, los campos donde los agricultores han sembrado variedades protegidas únicamente por genes mayores de resistencia están ante el riesgo de epidemias repentinas y en potencia desastrosas, como ocurrió ya en una vasta extensión sembrada de trigo en el norte de México a finales de 1970. “El gobierno y organismos de investigación en aquella época se vieron obligados a desplegar acciones de alto costo, casi de tipo militar, para, en poco tiempo, importar y aplicar fungicida suficiente para evitar la pérdida total de la producción”, dice Huerta-Espino.
Para resolver el problema del colapso de la resistencia, el CIMMYT adoptó una estrategia fitotécnica que conlleva la búsqueda en diversas fuentes de genes de resistencia 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, observa 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 solo unos cuantos programas fitotécnicos se animaban a ponerla en práctica.”
El resultado para los fitomejoradores
Además de arrojar luz sobre la acción de Lr34 a nivel celular, los beneficios del nuevo estudio incluyen la creación de una marcador preciso de ADN que detectará la presencia de Lr34 en las variedades de trigo. Con esta herramienta los fitomejoradores podrán manipular el gen de manera más eficiente en cruzas o, según Singh, concentrar su atención en genes de patogenia lenta de otras fuentes. “Hay genes cuyo comportamiento es parecido al de Lr34, pero son diferentes y están en otras regiones del cromosona”, dice. “La cuestión es que Lr34 es tan ordinario en nuestros materiales de fitomejoramiento que es difícil aislar estos otros genes. Con el nuevo marcador podremos seleccionar Lr34 y generar líneas de trigo de prueba de las cuales estamos seguros está ausente.” Las líneas entonces se podrán utilizar en estudios sobre otros genes de patogenia lenta y tal vez crear un tipo totalmente distinto de resistencia.
Singh dice que el CIMMYT está trabajando también con otros genes de patogenia lenta, similares a los que dieron tema al artículo de Science. “La colaboración en esos 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 motive a otros grupos a que analicen genes de patogenia lenta en lugar de genes de variantes específicas que no requieren gran ciencia. “Con la creciente demanda de cereales y el alza de precios del grano, amén de las elevadas temperaturas que posiblemente favorezcan 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 contengan resistencia a enfermedades.”
Para más información: Ravi Singh, genetista/patólogo experto en trigo (r.singh@cgiar.org)