Field Pennycress Revela Secretos de Resistencia a Plagas

Los Plagas de plantas, que incluyen insectos dañinos y enfermedades, pueden reducir mucho los rendimientos de los cultivos. Para luchar contra estas plagas, los granjeros a menudo dependen de pesticidas, que pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. Sin embargo, las plantas silvestres que crecen de forma natural suelen tener una mayor capacidad para soportar estas tensiones porque tienen más diversidad genética. Esta diversidad les ayuda a adaptarse a las condiciones locales, incluyendo las plagas y patógenos que enfrentan.

Muchas plagas responden a los cambios climáticos, lo que significa que su impacto en las plantas puede variar según la región. Esto lleva a diferentes tipos de variación genética entre las plantas en lo que respecta a sus defensas. Las poblaciones naturales de plantas son valiosas para estudiar cómo se defienden de las plagas y pueden proporcionar material genético útil para criar cultivos que sean más resistentes a las plagas.

Hay varias formas en que las plantas se defienden de las plagas. Estas incluyen barreras físicas como paredes celulares gruesas y capas protectoras en las hojas, la producción de químicos que desancoplan a las plagas o las enferman, e incluso vías de señalización que desencadenan respuestas en toda la planta. En la familia de las mostazas, un grupo importante de químicos defensivos se conocen como Glucosinolatos. Estos químicos pueden cambiar en respuesta a ataques de plagas y también pueden variar según las poblaciones locales de plagas.

Estudiar la variación natural en la resistencia de las plantas puede llevar a la identificación de genes importantes involucrados en la defensa contra plagas. Esta información es crucial para crear nuevas variedades de cultivos que sean mejores resistiendo plagas. Sin embargo, estudiar estos mecanismos de defensa puede ser complejo porque hay muchos factores en juego.

Un gran desafío para entender las defensas de las plantas es la necesidad de pruebas extensivas. Por ejemplo, para medir cuán bien una planta previene que las plagas se asienten o crezcan, los investigadores necesitan realizar varios ensayos. Estas pruebas, aunque informativas, pueden llevar mucho tiempo y requieren muchos recursos. Sin embargo, los avances en la tecnología de secuenciación han hecho posible reunir grandes cantidades de datos, lo que también puede ayudar a estudiar la resistencia de las plantas.

#El estudio de la mostaza de campo

En este contexto, los investigadores han elegido estudiar la mostaza de campo, una planta que pertenece a la familia de las mostazas. Su potencial como nueva fuente de biocombustible la ha convertido en un tema interesante para la investigación. Estudios anteriores han investigado la variación natural dentro de diferentes líneas de esta planta de Europa. Estas plantas se cultivaron en un ambiente controlado donde las plagas podían infestar naturalmente.

Aunque la presencia inicial de plagas era baja, varió significativamente entre las plantas, y los análisis preliminares indicaron que estas plagas contribuyeron a un notable número de lecturas no dirigidas en las muestras de ADN. Esto llevó a los investigadores a investigar más a fondo si estas plagas variaban entre las diferentes líneas de mostaza de campo y qué información se podría obtener de los datos genómicos de la planta.

Los objetivos del estudio eran dobles: comprender mejor cómo la mostaza de campo resiste a las plagas y ver si los datos de secuenciación podían proporcionar información sobre las interacciones de las plantas con las plagas.

#Analizando los datos de secuenciación

Para comenzar el análisis, los investigadores recopilaron datos de secuenciación del genoma de diferentes muestras de mostaza de campo. Clasificaron las lecturas de secuenciación en las que se asignaron al genoma de la mostaza y las que no, a las que llamaron "lecturas exógenas". Inicialmente, usaron todas las lecturas mapeadas para identificar variantes genéticas en la mostaza de campo. Sin embargo, pronto se dieron cuenta de que algunas de estas lecturas estaban clasificadas incorrectamente porque se parecían a secuencias de otros organismos.

Después de corregir estas inexactitudes, encontraron que alrededor del 7.4% de las lecturas correspondían a plagas. Al eliminar las lecturas ambiguas de su análisis, se centraron solo en las lecturas de alta calidad que podían mapearse con confianza de regreso a la mostaza de campo.

A continuación, clasificaron las lecturas exógenas para determinar de qué organismos provenían, utilizando bases de datos públicamente disponibles. La mayoría de las lecturas exógenas pertenecían a bacterias, con menores cantidades de hongos, animales y plantas. Esto les permitió centrarse en grupos taxonómicos específicos que eran relevantes para su estudio, como los pulgones y el mildiu polvoriento.

Los investigadores luego observaron cómo diferentes líneas de mostaza de campo respondían a la presión de plagas que experimentaban en su ambiente común. Encontraron que algunas líneas tenían una mayor presencia de pulgones y mildiu que otras. También analizaron los datos para ver si las diferentes cargas de plagas eran heredables, lo que significa que podrían ser transmitidas de plantas madre a sus crías.

#El impacto del clima en la resistencia a las plagas

A los investigadores les interesaba qué factores podrían influir en estas diferencias. El clima juega un papel significativo en las poblaciones de plagas y en las defensas de las plantas, así que examinaron cómo los climas de origen de las plantas afectaban su resistencia. Descubrieron correlaciones negativas entre las cargas de pulgones y las temperaturas mínimas en los hábitats originales de las plantas. Esto sugirió que las plantas de climas más cálidos se defendían mejor de los pulgones.

Además, encontraron que las plantas de climas más estables tenían niveles más bajos de infestación de pulgones, lo que indica que estas plantas pudieron haber evolucionado resistencia en entornos donde las plagas son comunes. También exploraron la correlación entre la presencia de glucosinolatos, las defensas químicas naturales de la planta, y las cargas de plagas.

Descubrieron que ciertos glucosinolatos estaban asociados con cargas más altas de pulgones, mientras que otros estaban vinculados a una menor presencia de plagas. Esto mostró que la composición química de la planta impacta en su capacidad para resistir plagas.

#Análisis genético y variantes

Para identificar los factores Genéticos específicos asociados con la variación en las cargas de plagas, los investigadores realizaron un estudio de asociación a nivel del genoma (GWAS). Buscaron correlaciones entre la carga de plagas y variantes genéticas específicas en las líneas de mostaza de campo.

Identificaron varios picos genéticos que estaban ubicados cerca de genes involucrados en la defensa de las plantas. Por ejemplo, un pico significativo estaba cerca de un gen que está vinculado a la patogénesis, lo que podría sugerir un papel en la resistencia a los ataques de plagas. Otros picos indicaron la posible participación de genes relacionados con vías de señalización que ayudan a la planta a responder a ataques.

Al analizar los datos genéticos, pudieron proporcionar información sobre genes candidatos que podrían ayudar a criar variedades más resistentes de mostaza de campo.

#Investigando cambios epigenéticos

Además de la variación genética, los investigadores también exploraron cómo los cambios epigenéticos, específicamente la Metilación del ADN, podrían impactar la resistencia a las plagas. La metilación del ADN puede cambiar en respuesta a presiones ambientales como los ataques de plagas.

Examinaron diferentes muestras y encontraron regiones en el genoma que tenían metilación diferencial asociada con las cargas de plagas. La mayoría de estas regiones resultaron ser hipometiladas, lo que indica que sus genes relacionados con la defensa podrían estar más activos en respuesta a las plagas.

Centrándose en áreas específicas del genoma, buscaron asociaciones entre las cargas de plagas y los patrones de metilación. Descubrieron conexiones significativas entre la presencia de plagas y cambios de metilación en ciertos elementos transponibles, lo que sugiere que estos elementos pueden jugar un papel en cómo las plantas se adaptan al estrés a lo largo de las generaciones.

#Conclusión e implicaciones futuras

El estudio de la mostaza de campo resalta cómo las variaciones naturales en las defensas de las plantas pueden ser aprovechadas para mejorar la resiliencia de los cultivos contra las plagas. Al usar una combinación de análisis genéticos y epigenéticos, los investigadores han reunido información importante que podría ayudar a criar variedades más robustas de cultivos, especialmente frente a las crecientes presiones de plagas debido al cambio climático.

Los hallazgos también enfatizan el potencial de usar datos de secuenciación para obtener información adicional sobre las interacciones de las plantas con las plagas, allanando el camino para estrategias de cría más eficientes. A medida que las tecnologías genómicas continúan evolucionando, este enfoque podría aplicarse a muchas otras especies de plantas, todas las cuales podrían contribuir a la agricultura sostenible y la seguridad alimentaria.

En resumen, esta investigación no solo arroja luz sobre las complejas interacciones entre las plantas y las plagas, sino que también proporciona un marco valioso para futuros estudios que buscan mejorar la resistencia de las plantas a través de mecanismos tanto genéticos como epigenéticos. A medida que los científicos continúan descubriendo los secretos de las defensas de las plantas, el conocimiento adquirido será crucial para desarrollar cultivos que puedan prosperar en un entorno en constante cambio.