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Cultivos biotecnológicos que emiten feromonas: un control de plagas barato y ambientalmente amigable

camelia productora de feromonas

La planta de semillas oleaginosas, camelina, se puede utilizar para hacer feromonas de insectos. Imagen: Kurt Miller

Los agricultores suelen utilizar las feromonas para controlar las plagas de insectos, pero el proceso químico para producirlas es costoso. Un método que permita a una planta producir feromonas que modifican el comportamiento podría impulsar el control de plagas respetuoso con el medio ambiente y a bajo costo.

Science / 1 de septiembre, 2022.- Cada año, las plagas se comen más de una quinta parte de los cultivos que se cultivan en todo el mundo. Muchos agricultores recurren a los insecticidas para proteger su cosecha, pero algunos optan por un enfoque más suave: perfuman sus cultivos con sustancias químicas que influyen en el comportamiento llamadas feromonas que pueden confundir a los insectos y evitar que encuentren pareja.

Pero el alto precio de las feromonas (los productos comerciales pueden costar $400 dólares por hectárea) ha impedido la adopción generalizada de esta táctica. Ahora, un método nuevo y más económico de fabricar feromonas artificiales podría permitir que más agricultores agreguen esta arma a sus arsenales.

“Podría revolucionar la forma en que se producen las feromonas para la protección de cultivos”, dice Lukasz Stelinski, entomólogo de la Universidad de Florida, Gainesville, que no participó en el trabajo. «Espero que se ponga de moda y haga que la disrupción de feromonas sea mucho más barata y fácil de aplicar en la práctica».

Los agricultores de todo el mundo utilizan más de 400.000 toneladas de insecticida al año. Estos pesticidas pueden dañar a los trabajadores agrícolas y causar daños colaterales a los polinizadores y otros animales silvestres. Mientras tanto, los insectos ya han desarrollado resistencia a muchos pesticidas, lo que obliga a los agricultores a aplicar aún más.

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Para algunos cultivadores, las feromonas ofrecen una alternativa atractiva. Los insectos hembra emiten naturalmente feromonas que atraen a los machos para aparearse. Al inundar sus campos y huertos con feromonas falsas diseñadas para atraer insectos específicos, los agricultores pueden superar estas señales y evitar la reproducción. Luego, las hembras ponen huevos estériles, que no se convierten en orugas hambrientas.

La llamada de apareamiento de feromonas suele ser una mezcla de compuestos. Las trampas están diseñadas para atraer a una especie en particular, por ejemplo, para monitorear la presencia de una plaga, por lo que generalmente se necesita un cóctel preciso. Pero para sabotear el apareamiento, un componente de amplio espectro puede funcionar porque muchas especies relacionadas usan los mismos compuestos básicos que los componentes de las feromonas.

No obstante, sintetizar esta cortina de humo química es una propuesta compleja y costosa. Puede costar entre $1000 y $3500 dólares producir solo 1 kilogramo de feromonas artificiales. Implementarlo puede costar entre $40 y $400 dólares por hectárea, dependiendo del tipo de plaga.

Es por eso que las feromonas generalmente solo se usan para proteger cultivos que requieren relativamente poca tierra para obtener una ganancia decente, como frutas y nueces. Los agricultores que crecen cultivos que no se venden a tanto por hectárea, como el maíz o la soja, a menudo no pueden permitirse el lujo de usar feromonas para defender sus vastos campos. También requiere algo de experiencia para distribuir las feromonas de manera efectiva. “Estás hablando de líneas de ganancias muy delgadas para una granja familiar y luego les pides que inviertan no solo en el producto, sino también en la mano de obra que se necesita para llevar el producto al campo”, dice Monique Rivera, entomóloga de la Universidad de Cornell. “Es una pregunta difícil”.

En un intento por reducir los costos, Christer Löfstedt, ecólogo químico de la Universidad de Lund, y sus colaboradores en varios países han estado modificando plantas durante la última década para producir los componentes químicos necesarios para sintetizar feromonas. Su cultivo de elección es Camelina, una planta con flores relacionada con la canola con semillas ricas en ácidos grasos, ingredientes clave para persuadir a las plantas a producir estas materias primas.

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Löfstedt y sus colegas se basaron en la ingeniería genética para equipar a Camelina con un gen del gusano de ombligo naranja que hace que las semillas de Camelina produzcan un ácido graso llamado ácido (Z)-11-hexadecenoico. En los insectos, este ácido graso es un precursor de las feromonas de apareamiento. Los investigadores comenzaron a cultivar su Camelina genéticamente modificada en parcelas experimentales en Nebraska y Suecia en 2016, cultivando selectivamente las plantas que producían las mayores cantidades de esta molécula crítica.

Después de tres generaciones, el 20 % del contenido de ácidos grasos de las semillas consistía en ácido (Z)-11-hexadecenoico, suficiente para sugerir que el cultivo podría ser una fuente eficiente de las materias primas necesarias para producir feromonas. Luego, los investigadores purificaron el aceite y lo convirtieron en un cóctel líquido de moléculas de feromonas diseñadas para atraer a la polilla de espalda de diamante (Plutella xylostella), una plaga que presenta un problema particular en Brassica, un grupo de plantas que incluye al repollo, col rizada y brócoli.

En 2017, el equipo probó esta mezcla de feromonas en China. Pusieron trampas de feromonas en palos a unos 10 a 15 metros de distancia en una parcela de la frondosa Brassica choy sum. Las trampas funcionaron tan bien como las feromonas sintéticas comerciales, informó recientemente el equipo en Nature Sustainability. Otra prueba en campos de porotos en Brasil reveló que una sola feromona hecha por una planta podría interrumpir los patrones de apareamiento del destructivo gusano cogollero del algodón (Helicoverpa armigera) tan bien como una feromona sintética.

ISCA Inc., una empresa de control de plagas en Riverside, California, que participó en la investigación, estima que costaría entre $70 y $125 dólares por kilogramo cultivar Camelina y producir feromonas, menos de la mitad del costo de los métodos de síntesis actuales. Eso pondría los costos a la par con los pesticidas. Los autores señalan que una versión licuada de estas feromonas podría gotear en los campos, lo que requeriría menos mano de obra que la colocación manual de trampas.

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Un precio más bajo podría hacer que las feromonas fueran accesibles para los agricultores del mundo en desarrollo, dice el entomólogo Muni Muniappan del Instituto Politécnico y la Universidad Estatal de Virginia, que no participó en la investigación. Pero debido a que estas feromonas funcionan mejor cuando se aplican en grandes áreas y la mayoría de los agricultores en las regiones en desarrollo trabajan en campos pequeños, es probable que los agricultores necesiten trabajar juntos para ver los beneficios, dice. «Es necesario tener educación y divulgación de los agricultores para que eso tenga éxito».

Obtener la aprobación regulatoria para cultivar Camelina modificada genéticamente en granjas comerciales llevaría varios años, señalan los investigadores. Pero los permisos experimentales existentes ya permiten a los investigadores cultivar más que suficiente Camelina diseñada para satisfacer la demanda mundial actual de control de feromonas de polillas de diamante y gusanos algodoneros, dice Agenor Mafra-Neto, director ejecutivo de ISCA.

Quedan varios obstáculos para aplicar el enfoque a otros tipos de plagas, como los escarabajos y los cicadélidos. Hacerlo probablemente requerirá encontrar y agregar otros genes a Camelina. Aún así, dice Junwei Zhu, ecólogo químico del Departamento de Agricultura de EE. UU., el nuevo trabajo “es un muy buen comienzo”.

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