Desarrollan arroz modificado con un sistema inmune que puede combatir múltiples enfermedades a la vez

Los agricultores están constantemente pulverizando pesticidas en sus cultivos para combatir una serie de invasores virales, bacterianos y fúngicos. Los científicos han estado tratando de evitar el uso de productos químicos durante años mediante la modificación genética de plantas para que sean plantas resistentes a una serie de enfermedades causadas por problemáticas bacterias. La mayoría de los intentos hasta el momento confieren protección contra una sola enfermedad, pero ahora los investigadores han desarrollado una planta de arroz que combate múltiples patógenos a la vez (sin pérdida del rendimiento del cultivo) conectando un “amplificador sintonizable” al sistema inmunológico de la planta.

“Durante el tiempo que he estado en este campo, la gente se ha estado rascando la cabeza sobre cómo activar un sistema de defensa donde y cuando se necesita”, dice Jonathan Jones, que estudia mecanismos de defensa de plantas en el Laboratorio Sainsbury en Norwich, Reino Unido. “Es una de las líneas de investigación más prometedoras que he visto en este campo “.

Las plantas no tienen un torrente sanguíneo para circular las células inmunes. En su lugar, utilizan receptores en el exterior de sus células para identificar moléculas que señalan una invasión microbiana, y responden liberando una serie de compuestos antimicrobianos. En teoría, la identificación de los genes que ponen en marcha esta respuesta inmune y marcar su actividad debe producir plantas más fuertes.

La bióloga Xinnian Dong, de la Universidad de Duke, en Durham, Carolina del Norte, ha estado estudiando uno de estos genes durante 20 años, un “regulador maestro”, dice, de defensa de plantas. El gen, denominado NPR1 en la planta modelo Arabidopsis thaliana (una maleza pequeña y llena de flores blancas) ha sido un objetivo popular para los científicos que tratan de impulsar los sistemas inmunológicos del arroz, trigo, manzanas, tomates y otros. Pero manipulando NPR1 funciona demasiado bien y “hace que las plantas sean miserables, por lo que no es muy útil para la agricultura”, dice Dong.

Para entender por qué, considere el sistema inmunológico humano. Así como las personas enfermas no son muy productivas en el trabajo cuando su fiebre es alta, las plantas crecen mal cuando sus propios sistemas inmunológicos están sobrecargados. Del mismo modo, mantener el gen NPR1 activado todo el tiempo paraliza el crecimiento de la planta tan severamente que no hay cosecha para los agricultores.

Para hacer una planta NPR1 útil, los investigadores necesitaban un mejor interruptor de control: uno que aumentaría la respuesta inmune sólo cuando la planta estaba bajo ataque, pero de lo contrario lo desactivaría para permitir que las plantas crecieran. Dos estudios publicados en Nature recientemente por el equipo de Dong en Duke, en colaboración con investigadores de la Universidad Agrícola de Huazhong en Wuhan, China, describen el descubrimiento y aplicación de este mecanismo.

Mientras investigaba una proteína activadora del sistema inmune llamada TBF1 en Arabidopsis, Dong descubrió un intrincado sistema que rápidamente provoca una respuesta inmune. Funciona tomando moléculas de ARN mensajero listas para usar que codifican TBF1, y traduce rápidamente estas moléculas en proteínas TBF1, que luego ponen en marcha una serie de defensas inmunitarias. Dong rápidamente reconoció que un segmento de ADN, que ella llama el “cassette TBF1”, estaba actuando como un interruptor de control para esta respuesta inmune de la planta, por lo que copió ese casete TBF1 del genoma de Arabidopsis y lo pegó al lado y en frente del gen NPR1 en plantas de arroz.

El resultado es una cepa de arroz que puede acelerar de manera rápida y reversible su sistema inmunológico en ráfagas que son lo suficientemente fuertes como para evitar patógenos ofensivos, pero lo suficientemente cortas para evitar el crecimiento atrofiado que se observa en cultivos previamente manipulados.

Los investigadores demostraron que su arroz era superior comparado con el arroz regular inoculando sus hojas con los patógenos bacterianos que causan el tizón del arroz (Xanthomonas oryzae pv. Oryzae) y la raya foliar (X. oryzae pv. Oryzicola), así como el hongo responsable de la piriculariosis (Magnaporthe oryzae). Mientras que las infecciones se extendían sobre las hojas de las plantas de arroz sin modificar, las plantas modificadas confinaban a los invasores a una pequeña área. “Estas plantas se desempeñan muy bien en el campo, y no hay ningún costo evidente en el rendimiento, especialmente en el número de grano y el peso”, dice Dong.

La investigación podría beneficiar a los agricultores en los países en desarrollo algún día, dice Jeff Dangl, un experto en inmunidad de plantas en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, que no participó en el estudio. Por ejemplo, la enfermedad de la piriculariosis del arroz, que las plantas combatieron eficazmente, causa una pérdida estimada del 30% de la cosecha anual del arroz en todo el mundo. “En el mundo en desarrollo, cuando los agricultores que no pueden permitirse el fungicida contraen la enfermedad en sus campos, pueden perder todo su cultivo”, dice Dangl.

Julia Bailey-Serres, bióloga de plantas en la Universidad de California, Riverside, también está entusiasmada con el estudio. “No han hecho grandes ensayos todavía para demostrar lo robusto que será, pero nuestra parte inicial del cálculo demuestra que esto realmente podría tener un gran impacto”, dice. “Podría ser fácilmente aplicable a múltiples especies de cultivos”, dice ella, y agregó que “es impresionante que funcionó a través de dos reinos” de patógenos fúngicos y bacterianos.

Pero todos son cuidadosos de notar que todavía son días tempranos para los cultivos con inmunidad mejorada. En primer lugar, es improbable que el tipo particular de elevación conferida por NPR1 proporcione protección contra los insectos que comen plantas. Una segunda advertencia es que el estudio sólo probó la respuesta del arroz a los microbios que parasitan las células huésped vivas; su defensa contra una clase diferente de agentes patógenos que matan a las células para comerlas todavía no se ha probado. “Yo mantendría el champán en el hielo hasta que haya algunos sistemas de patógenos más probados en el campo”, dice Jones.

Aun así, Jones dice que tiene esperanzas de que el trabajo (y otros más que aparezcan) puedan eventualmente llevar al final de los pesticidas. “Me gusta imaginar que dentro de 50 años mis nietos dirán: ‘Abuelo, ¿realmente la gente usaba sustancias químicas para controlar la enfermedad cuando pudieron usar la genética?’ Y yo diría: “Sí, lo hicieron. Y a eso es lo que queríamos llegar”.