En la batalla más reciente en la guerra interminable entre granjeros y bichos, los bichos están retrocediendo al adaptarse a los cultivos genéticamente modificados para matarlos.
Un nuevo estudio publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias identifica una mutación heredada dominante que confiere resistencia al algodón modificado por ingeniería genética en las orugas del gusano del algodón, una de las plagas de cultivos más destructivas del mundo. El uso de vanguardia del estudio de la genómica y la edición de genes señala una nueva era en los esfuerzos mundiales para promover máscontrol sostenible de plagas.
El algodón, el maíz y la soja han sido diseñados genéticamente para producir proteínas que matan las plagas a partir de la bacteria generalizada del suelo Bacillus thuringiensis, o Bt. No tóxicas para las personas y la vida silvestre, incluidas las abejas, estas proteínas Bt ecológicas han sido utilizadas en aerosoles por productos orgánicosproductores por más de 50 años y en cultivos de ingeniería Bt plantados por millones de agricultores en todo el mundo en un total acumulado de más de dos mil millones de acres desde 1996.
Los entomólogos de la Universidad de Arizona, la Universidad de Tennessee y la Universidad Agrícola de Nanjing en China colaboraron en el estudio de tres partes. Sus objetivos eran identificar la mutación que confiere resistencia Bt en gusanos boll, editar con precisión un gen de gusanos boll para probar esta mutacióncausa resistencia y descubre cómo la resistencia se está extendiendo a través de los campos de algodón en China.
"Es una historia de detectives notable", dijo Bruce Tabashnik, profesor de Regentes en el Departamento de Entomología de la UA y coautor del estudio. "Sin los últimos avances en tecnología genética, no hubiera sido posible encontrar el únicoEl cambio de pares de bases de ADN causa resistencia entre los cientos de millones de pares de bases en el genoma del gusano de la cápsula "
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 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- uno de cada padre - para permitirles alimentarse y sobrevivir en el 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 raros se aparearán con los insectos susceptibles más abundantes de los refugios, produciendo descendencia que albergan solo una copia del gen de resistenciaCon resistencia recesivamente heredada, tales descendientes no sobreviven en el cultivo Bt.
Aunque los refugios no detienen por completo la evolución de la resistencia, pueden retrasarla sustancialmente, particularmente cuando la resistencia es recesiva.
Pero en China, informa el periódico, la resistencia dominante del gusano de la cápsula a Bt está en aumento. Solo una copia de una mutación dominante hace que el gusano de la cápsula sea resistente.
Debido a que la base genética de la resistencia Bt dominante era desconocida anteriormente, los investigadores tuvieron que examinar todo el genoma del gusano de la cápsula para encontrar al culpable. Al comparar el ADN de los gusanos resistentes y susceptibles, redujeron la búsqueda de 17,000 genes a una región de solo21 genes asociados con la resistencia.
"Pero solo 17 de esos genes codifican proteínas que son producidas por las orugas", dijo Tabashnik, explicando que solo las orugas de los gusanos se alimentan de algodón y pueden ser destruidas por las proteínas Bt.
"Al comparar las secuencias de esos 17 genes entre las cepas, solo hubo una diferencia consistente", dijo Tabashnik. "Hubo una posición en la que todos los gusanos resistentes tenían un par de bases de ADN y todos los gusanos susceptibles tenían undiferente par de bases de ADN "
Este par de bases fundamental se encuentra en un gen recientemente identificado llamado HaTSPAN1, que codifica una tetraspanina, una proteína que contiene cuatro segmentos que abarcan las membranas celulares. Aunque se desconoce la función normal de HaTSPAN1, muchas otras tetraspaninas son importantes en las célulascomunicación celular. A pesar de casi 30,000 estudios previos de Bt o tetraspaninas, el nuevo estudio es el primero en encontrar una fuerte conexión entre ellos.
Con el par de bases mutantes identificado, el segundo desafío fue determinar si esta única mutación causa resistencia. Para descubrirlo, el equipo de investigación utilizó la herramienta de edición de genes CRISPR para alterar con precisión solo el gen HaTSPAN1. Cuando el gen fue interrumpido engusanos de las cápsulas resistentes, se volvieron completamente susceptibles a Bt. Por el contrario, cuando la mutación se insertó en el ADN de los gusanos de las cápsulas susceptibles, se volvieron resistentes, lo que demuestra que este cambio de un solo par de bases solo puede causar resistencia.
El paso final fue probar la hipótesis de que esta mutación contribuye a la resistencia al algodón Bt en el campo. Mediante la detección de la mutación en el ADN de miles de polillas de gusanos recolectados entre 2006 y 2016, los investigadores encontraron la frecuencia de la mutaciónla mutación aumentó en un factor de 100, de 1 en 1,000 a 1 en 10.
Los gusanos resistentes todavía no son lo suficientemente numerosos como para disminuir 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 algodón del norte de China tendrán resistencia conferidapor esta mutación dentro de los 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 bastante temprano para que los agricultores en China cambien sus tácticas y eviten la resistencia a Bt. El documento menciona que podrían cambiar del algodón que produce solo una proteína Bt a los tipos de algodón cultivados en los Estados Unidos y Australia,que producen dos o tres proteínas Bt distintas. Tabashnik espera que la nueva investigación estimule 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 muestrear las poblaciones de plagas de año en año, los agricultores e investigadores pueden aprender qué métodos son más efectivos para frustrar la resistencia.
Comprender la resistencia al gusano de la cápsula tiene implicaciones globales porque ocurre en más de 150 países y ahora amenaza con invadir los 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 cultivo.
"Los datos muestran que los escaneos genómicos serán útiles para monitorear la evolución de la resistencia no solo para Bt, sino también para 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 Nortey miembro de la Academia Nacional de Ciencias.
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Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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