La marchitez bacteriana devasta los cultivos alimentarios en todo el mundo. Destruye las principales plantas de cultivo como tomates, papas, plátanos, jengibre y pimienta. Ocurre en muchos países y ataca a más de 200 especies de plantas.
La bacteria que causa la enfermedad permanece en el suelo, las semillas y el material vegetal durante años. También puede infectar el agua y los equipos agrícolas.
A los fitomejoradores y agricultores les gustaría saber qué tan resistente es un cultivar a la bacteria lo antes posible. Pero hasta ahora han tenido que plantar, y luego esperar a que las plantas maduras observen resistencia en los campos.
Ahora la investigación muestra una posible forma de ahorrar tiempo y reducir el riesgo de manera significativa para los agricultores y fitomejoradores. Un nuevo enfoque promete pronosticar la resistencia de los cultivos mucho antes de lo que era posible antes.
Los investigadores ahora pueden analizar la resistencia de los cultivares en la etapa de plántulas en busca de una variedad de amenazas. Utilizan la metabolómica de las plantas y el modelado estadístico para decodificar las defensas químicas de las plantas.
Combinado con métodos genéticos, el enfoque será útil para identificar la resistencia que depende de varios genes, un desafío de larga data en el fitomejoramiento.
dilema del agricultor
"Cuando los agricultores compran semillas, deben pensar en las amenazas que tendrán las plantas para sobrevivir. Una granja puede tener sequía y calor, por ejemplo. Si el suelo ya está infectado con Ralstonia solanacearum las bacterias que causan el marchitamiento, el agricultor tiene dos opciones, dice el profesor Ian Dubery. Es el Director del Centro de Investigación de Metabolómica de las Plantas de la Universidad de Johannesburgo.
"Primero, no siembre cultivos que sean atacados por la marchitez bacteriana. Dos, elija cultivares de plantas que sean más resistentes. Si hay sequía, calor y marchitez bacteriana, el agricultor quiere un cultivar que sea lo suficientemente resistente a las tres amenazas"
Esto puede parecer simple en la era de la secuenciación del ADN del genoma completo. Analice todos los genes de los cultivares y elija los que tengan los genes correctos para las amenazas en una granja en particular. Pero la resistencia de una planta puede no funcionar así.Para una amenaza, un solo gen puede activar o desactivar la resistencia. Para otra, varios genes pueden estar involucrados.
"Es difícil ver qué cultivares son resistentes al marchitamiento bacteriano. Resistencia a Ralstonia solanacearum es un rasgo multigénico, depende de muchos genes, y estos aún no se comprenden bien. Pasará tiempo antes de que la ciencia sepa cómo funciona ", agrega Dubery.
Confiar en el aspecto de las plantas también puede ser engañoso. Cuando las plantas son jóvenes, es posible decir que un cultivar no puede defenderse de una amenaza, que es susceptible. Pero eliminar los cultivares susceptibles noDubery lo deja confiablemente resistente, dice. En la inmunidad de la planta, la susceptibilidad y la resistencia pueden estar fuertemente influenciadas por factores ambientales.
Con la situación actual, los agricultores corren el riesgo de que las plántulas mueran en el suelo infectado. Las plantas maduras también pueden resultar menos resistentes de lo esperado. Los fitomejoradores se arriesgan a mejorar los cultivos que resultan inadecuados para la agricultura.
defensas químicas del tomate
Para el artículo de investigación, el entonces estudiante de honor Dylan Zeiss estudió cuatro cultivares de tomate. Los cultivares muestran resistencia media a alta Ralstonia solanacearum en agricultura comercial
Tomó trozos de hojas, tallos y raíces de plantas sanas de cada cultivar y las trituró. Luego analizó estas mezclas en busca de químicos que los cultivares producen para defenderse.
"Las plantas pueden desarrollar resistencia a las amenazas, tales como bacterias, virus o estrés ambiental. Pero a diferencia de los animales, no tienen células inmunes circulantes que respalden la inmunidad adquirida", dice Zeiss.
"Las plantas usan la resistencia innata codificada por sus genes. También sintetizan una variedad de químicos antimicrobianos para contrarrestar las amenazas. Para cada amenaza, una planta necesita hacer un 'cóctel' químico diferente. El cóctel necesario puede variar, dependiendoen la ubicación, el clima y otras tensiones ", dice.
Zeiss analizó 41 de estos químicos, llamados metabolitos secundarios, de los cultivares de tomate. Utilizó la cromatografía líquida junto con la espectrometría de masas de alta definición. Esto mostró qué cultivares produjeron qué metabolitos y cuánto.
Luego, los investigadores corrieron los datos sin procesar a través de un motor de estadísticas para hacer análisis multivariados.
Mejor que la genética sola
Las plantas 'notan' lo que las está atacando en su entorno. Algunos cultivares son mejores al notar varias amenazas a la vez y al fabricar todos los químicos necesarios para defenderse.
Si un cultivar tiene una resistencia más fuerte contra una amenaza, producirá más de los químicos necesarios. Estos químicos aparecen como picos fuertes en los análisis. Si el cultivar no tiene mucha resistencia contra esa amenaza, tampocoel químico, o en cantidades mucho más bajas.
Los investigadores compararon la composición química de los 'cócteles' de cultivares, y correlacionaron esto con la resistencia conocida de los cultivares a la marchitez bacteriana. En el proceso, encontraron una 'huella digital de metabolito' para la resistencia del tomate a la marchitez.
"En principio, podemos usar este enfoque para cualquier interacción planta-patógeno. La resistencia probable de un cultivar se puede pronosticar en la etapa de plántulas", dice Dubery.
"Si un cultivar tiene la capacidad genética de desarrollar resistencia a una amenaza, sintetizará los químicos para defenderse. De esta manera, podemos 'ver' la resistencia de la planta mucho mejor que solo mirarla.
"Y podemos hacer esto cuando las plántulas tienen solo unas pocas semanas de edad, en lugar de esperar meses para ver si las plantas maduras son resistentes", dice.
En el futuro, los fitomejoradores pueden seleccionar cultivares de cultivos alimentarios más resistentes al calor, la sequía, las bacterias y los virus, combinando la metabolómica con la tecnología basada en genes, dice Dubery.
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Materiales proporcionados por Universidad de Johannesburgo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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