jueves, 25 de enero de 2018

Mejora genética de la resistencia en plantas



Las plantas son uno de los recursos más importantes hoy en día para la alimentación mundial, y debido a su gran expansión se encuentran constantemente atacadas por infinidad de patógenos. Esto hace que los costes en la manutención de estas plantas en un estado saludable sean muy altos, además de la necesidad de un uso excesivo de productos químicos que acaban contaminando el planeta.

Mejora de la resistencia en las plantas y biologia genetica

Por esta razón se necesitan utilizar y mejorar las resistencias propias de la planta, las determinadas por sus genes. Utilizando el pool genético de toda la diversidad de plantas en el mundo se pueden diseñar razas o especies capaces de resistir a determinadas enfermedades importantes.

- Resistencia horizontal y resistencia vertical


La resistencia vertical es una resistencia asociada a genes de resistencia, el cual dispara una HR tal y como ya hemos visto. Esta resistencia vertical presenta una resistencia máxima frente a algunas determinadas razas de patógenos, mientras que una resistencia menor a otras razas diferentes y determinadas.

La resistencia horizontal es una resistencia donde la planta es igualmente resistente a todas las razas del patógeno, aunque esta resistencia es menor a las resistencias máximas de la vertical. La planta responde de forma similar a todas las razas del patógeno. Esto es así porque la resistencia horizontal está determinada por las resistencias pasivas de las plantas.

Dependiendo del entorno patogénico en el que nos encontremos, una resistencia será mejor que otra para una planta, aunque lo más preferible sería una resistencia vertical que tenga un background de resistencia horizontal lo más elevada posible. Es decir, una resistencia horizontal con valores altos a la cual se le añaden una serie de genes de resistencia específica de razas. De esta manera, podríamos solventar la posible pérdida de eficacia de alguno de los genes de resistencia.

- Fuentes de resistencia para las plantas


+ Explotar la variedad genética de las poblaciones


El ejemplo más práctico y usado de esta fuente es lo que conocemos como plantas escape, es decir, aquellas plantas que escapan de la enfermedad en un campo donde se ha producido una enfermedad que ha matado a la mayoría de las plantas.

Esos genotipos de las plantas que han sobrevivido a la enfermedad son utilizados como donadores para los cruzamientos con el cultivar comercial más adecuado para incorporar esa resistencia que ha permitido a las plantas sobrevivir a dicha enfermedad.

+ Explotar la resistencia de parientes silvestres


El ejemplo más sencillo para la explicación de esta fuente es la utilización de los genes Cf contra Cladosporium fulvum en tomate, aunque estos no proceden del mismo. Estos genes se encontraban en Solanum pimpinellifolium, una planta silvestre resistente a C. fulvum pero cuyas características comerciales son deficientes.

De esta manera, mediante cruzamiento, se han obtenido los genes de resistencia en la planta de tomate manteniendo las características comerciales altas de este, permitiendo el cultivo del mismo sin preocuparse por la enfermedad de C. fulvum.

En esta fuente tienen una especial importancia los bancos de germoplasma y bancos de semillas, donde podemos obtener fácilmente semillas de plantas de muchísimos lugares del planeta para su cultivo y cruce con plantas comerciales para el desarrollo de factores de resistencia frente al problema fitosanitario que en un determinado momento puede aparecer.

+ Mutaciones


Para ello, podemos mutar el ADN de las plantas para ver si dichas mutaciones pueden tener un efecto positivo sobre la enfermedad estudiada. Lo normal es que, al realizar mutaciones, haya más aspectos negativos que positivos.

Aunque sí existen mutantes naturales que son resistentes a determinadas enfermedades. El caso más conocido es el del gen mlo de cebada. Se trata de un gen cuyo alelo recesivo concede resistencia al oídio de la cebada. El origen se encuentra en una variedad etíope de cebada, y desde hace décadas se utiliza para conceder resistencia al oídio de esta planta.

Mlo es una proteína de membrana cuya función es desconocida, aunque se estipula que puede ser un regulador de la respuesta defensiva o diana de un efector del patógeno. La cuestión es que, la mutación en mlo confiere resistencia a casi cualquier oídio.

El principal problema de esta mutación es que, aunque confiere resistencia a oídio (y biotrofos en general), concede también hipersensibilidad a patógenos necrotrofros. Por esta razón, en cultivos hortícolas de invernadero esta opción no se tiene demasiado en cuenta, ya que en este entorno los problemas con patógenos necrotrofos son bastante importantes.

+ Uso de genes de resistencia


Existen varias estrategias en el uso de genes de resistencia. La más básica es la conocida comúnmente como “cava, planta y reza”, la cual consiste en usar un gen de resistencia hasta que aparezca un patógeno que sea capaz de superarlo, pasando así a un segundo gen de resistencia, hasta que vuelva a suceder lo mismo y así sucesivamente.

Una segunda estrategia sería la rotación en el tiempo y en el espacio, con parcelas separadas con diferentes genes de resistencia. Esta estrategia se basa en que, si aparece un patógeno capaz de superar un gen de resistencia, aun quedarían otras plantaciones cuyos genes de resistencia no se han superado, manteniendo así gran parte de la plantación.

Lo ideal sería una utilización piramidal de los genes de resistencia, introduciéndolos todos en una misma planta. De esta forma, sería muy difícil que un mismo patógeno pueda superar a todos los genes de resistencia a través de mutaciones en sus genes correspondientes. Sería muy difícil de encontrar una raza que sea capaz, en el mismo momento, de superar todos los genes de resistencia de la planta. Además, esto conllevaría bastante tiempo.

Mientras tanto, se puede utilizar una distribución espacial de genes de resistencia. Es decir, distribuir en distintas localizaciones distintos genes de resistencia para no ir “quemando” todos a la vez. Sería como una rotación en el tiempo y espacio, pero a gran escala.

Aun así, la más útil desde el punto de vista fitosanitario sería la mezcla de plantas que contengan distintos genes de resistencia. Esto sería así porque, si llega una raza capaz de superar un gen de resistencia, aunque se multiplique y se disperse, encontraría una planta con un gen de resistencia diferente, por lo que sería capaz de infectar y moriría.

El problema de esta última estrategia es que, comercialmente sería un desastre, ya que los frutos de estas plantas sean distintos, por lo que de la parcela se obtendrían frutos muy diferentes, cuya facilidad de venta sería elevada.


+ Transgénesis o creación de transgénicos


Identificando genes de resistencia, estos se pueden introducir en un cultivo de interés para ver si esas plantas desarrollan o no la resistencia. El problema es que presenta un espectro muy limitado de resistencia, ya que los genes son específicos frente a determinados patógenos, por lo que lo más rentable sería introducir una alta cantidad de transgenes, lo que lo vuelve más complicado.

Esta estrategia resulta útil en aquellos lugares, escasos, donde las plantas se ven atacadas por una o muy pocas enfermedades. En invernaderos, por ejemplo, esta estrategia sería inútil.


+ Planticuerpos


Evidentemente, una planta no produce anticuerpos, pero sí se puede introducir un gen que codifique para anticuerpos. La idea se basa en la introducción de un gen capaz de expresar anticuerpos, de manera que esos anticuerpos puedan unirse a un epítopo relevante para un patógeno, perdiendo así la capacidad de multiplicarse y producir la enfermedad.

Las plantas se utilizan como biofactorias, produciéndose vacunas, proteínas farmacéuticas, anticuerpos, etc. Aunque el rendimiento es mejor en la producción en hongos, es una opción perfecta para cuando estos no están disponibles.

De igual manera, una pequeña mutación en los objetivos o dianas pueden hacer que los anticuerpos ya no sean útiles contra dichos patógenos y se conviertan en una mera carga energética para la planta.

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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, estudiante de Biología en la Universidad de Málaga.