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Descubrimiento podría generar cultivo de arroz resistente a múltiples enfermedades

tizón del arroz

Investigadores han descubierto una actividad proteica inusual en el arroz que puede explotarse para dar a los cultivos una ventaja en la “carrera armamentista” evolutiva contra la enfermedad del tizón del arroz, una gran amenaza para la producción de arroz en todo el mundo.

ASBMB / 15 de agosto de 2019.- Magnaporthe oryzae, el hongo que conduce a la enfermedad del tizón del arroz, crea lesiones en las plantas de arroz que reducen el rendimiento y la calidad del grano. El hongo causa una pérdida de hasta un tercio de la cosecha mundial de arroz, aproximadamente lo suficiente como para alimentar a más de 60 millones de personas cada año.

Se han empleado varias estrategias para evitar el hongo, pero aún no se ha desarrollado un enfoque sostenible. Los costos y las preocupaciones ambientales han limitado el éxito de los fungicidas tóxicos. Y un fenómeno llamado arrastre de ligamiento (“linkage drag”), en el que los genes indeseables (responsables de caractarísticas que no favorecen el rendimiento agrícola) se transfieren junto con los genes deseados, lo cual dificultado que los mejoradores produzcan variedades de arroz que exhiban una resistencia mejorada a las enfermedades pero que aún produzcan grano a la velocidad deseada.

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Las tecnologías de edición genética podría eventualmente usarse para insertar genes con precisión en plantas de arroz, superando el problema del arrastre de ligamiento, pero primero, los genes que aumentan la inmunidad del arroz necesitan ser identificados o diseñados con biotecnología.

Un equipo de investigadores en Japón y el Reino Unido informan en el Journal of Biological Chemistry que un receptor inmune de arroz en particular, de una clase de receptores que generalmente reconoce solo proteínas patógenas individuales, realiza una doble función al desencadenar reacciones inmunes en respuesta a dos proteínas fúngicas separadas . Los genes que codifican este receptor podrían convertirse en una plantilla para diseñar nuevos receptores que puedan detectar múltiples proteínas fúngicas y, por lo tanto, mejorar la resistencia a las enfermedades en los cultivos de arroz.

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El hongo del tizón del arroz despliega una multitud de proteínas, conocidas como efectores, dentro de las células de arroz. En respuesta, las plantas de arroz han desarrollado genes que codifican proteínas repetidas ricas en nucleótidos y ricas en leucina, o NLR, que son receptores inmunes intracelulares que ceban efectores fúngicos específicos. Después de que el efector fúngico específico de un receptor NLR se une al cebo, se inician vías de señalización que causan la muerte celular.

(Las células) mueren en un área muy localizada para que el resto de la planta pueda sobrevivir. Es casi como sacrificar su dedo para salvar el resto de su cuerpo“, dijo Mark Banfield, profesor y líder del grupo en el Centro John Innes en Norwich, Inglaterra, y autor principal del estudio.

Después de aprender de trabajos anteriores que los efectores fúngicos AVR-Pia y AVR-Pik tienen estructuras similares, los investigadores trataron de averiguar si cualquier NLR de arroz que se sepa que se una a uno de estos efectores también podría unirse al otro, dijo Banfield.

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Los científicos introdujeron diferentes combinaciones de NLR de arroz y efectores de hongos en el tabaco (una planta modelo para estudiar la inmunidad vegetal) y también usaron plantas de arroz para mostrar si algún par inusual podría unirse y provocar respuestas inmunes. Un NLR de arroz de unión a AVR-Pik (llamado Pikp) desencadenó la muerte celular en respuesta a AVR-Pik como se esperaba, pero sorprendentemente, los experimentos mostraron que las plantas que expresan este NLR también reaccionaron parcialmente a AVR-Pia.

Los autores observaron de cerca el emparejamiento inesperado usando cristalografía de rayos X y notaron que el NLR de arroz poseía dos sitios de atraque separados para AVR-Pia y AVR-Pik.

En su forma actual, Pikp provoca escasas reacciones inmunes después de unirse a AVR-Pia, sin embargo, el ADN del receptor podría modificarse para mejorar su afinidad por los efectores que no coinciden, dijo Banfield.

Si podemos encontrar una manera de aprovechar esa capacidad, podríamos producir un súper NLR que pueda unir múltiples efectores patógenos“, dijo Banfield.

Como último juego final, las tecnologías de edición de genes podrían usarse para insertar versiones mejoradas de NLR, como Pikp, en las plantas, dijo Banfield, lo que podría inclinar la balanza a favor de los cultivos de arroz frente a la enfermedad del tizón del arroz.

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