Antecedentes

El pulgón verde (Schizaphis graminum) es una plaga succionadora que causa graves pérdidas de rendimiento en las regiones de cultivo de trigo en todo el mundo. La saliva tóxica que inyectan los pulgones al succionar la savia del floema es la causa principal de la destrucción de la clorofila y la necrosis de los tejidos vegetales. Históricamente, los agricultores han dependido de insecticidas para el control, pero la aparición de variantes de pulgones con resistencia a estos ha reducido drásticamente la eficacia del control. Además, la contaminación ambiental y la perturbación de los ecosistemas debido al uso excesivo de insecticidas han sido obstáculos graves para la agricultura sostenible.

En consecuencia, la comunidad científica se ha centrado en estrategias para fortalecer la inmunidad genética de los cultivos en lugar de la aplicación de plaguicidas. Aegilops tauschii, un pariente silvestre cercano del trigo, es conocido como un reservorio de recursos genéticos de resistencia a plagas y enfermedades que se ha conservado en entornos silvestres hostiles. Los fitomejoradores han introducido con éxito factores de resistencia derivados de esta especie silvestre en el trigo común, creando variedades resistentes como TAM112. Sin embargo, la identidad del gen clave que confiere la resistencia y su mecanismo de defensa molecular específico permanecieron desconocidos durante mucho tiempo.

Hallazgos clave

Un equipo de investigación internacional conjunto con el Departamento de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA-ARS) ha identificado la estructura molecular del gen de resistencia Gb3, que durante mucho tiempo se había conocido únicamente por estar ubicado en el cromosoma 7D. El Gb3, aislado por el equipo de investigación mediante técnicas de clonación génica basadas en mapas, codifica una proteína de fusión única que funciona dentro de la célula y consiste en una quinasa y una pseudocinasa. Presentaba una conformación específica con un dominio MAP3K (quinasa de la familia de proteínas activadas por mitógenos 3) involucrado en la señalización de inmunidad vegetal, unido de manera modificada. Los resultados del análisis comparativo del genoma confirmaron que este gen se formó durante el proceso evolutivo de la tribu Triticeae, que abarca los géneros Hordeum y Triticum, mediante una serie de duplicaciones génicas e inserciones y deleciones.

Este estudio es valorado por haber organizado la confusa genealogía de varios genes que durante décadas fueron clasificados como genes de resistencia independientes. Se reveló que Gb4, Gb7, Gb8, Gb9 y Gb49921, que se reportaron como presentes en el cromosoma 7D, no son genes distintos, sino que pertenecen al mismo locus que Gb3. Además, al descubrirse que Gb5, considerado anteriormente como otro factor de resistencia, es un alelo funcional de Gb3, se resolvió definitivamente una larga incógnita en el sistema de nomenclatura de la resistencia a plagas del trigo.

También se observó un contraste claro en el funcionamiento de los mecanismos de defensa. El trigo susceptible con deficiencia de Gb3 presenta una respuesta de estrés oxidativo excesiva e incontrolable durante la fase inicial de la alimentación del pulgón, lo que provoca un aumento del daño tisular por sí mismo. Por el contrario, el trigo resistente que expresa Gb3 activa inmediatamente las vías de señalización lipídica intracelular. Este método inhibe físicamente el comportamiento de succión del pulgón mediante la secreción masiva y rápida de metabolitos secundarios de defensa vegetal, incluidos los oxilipinos. Los investigadores demostraron que al introducir el gen Gb3 en la variedad susceptible 'Fielder' mediante transformación, se reprodujo plenamente una excelente resistencia contra varios ecotipos de pulgones.

Significado y perspectivas

Con la clarificación de la estructura y la composición alélica de Gb3, la selección de precisión utilizando marcadores moleculares en el fitomejoramiento de trigo se verá significativamente acelerada. Anteriormente, el proceso de selección requería la inoculación directa de pulgones y la observación visual de los síntomas en las hojas, lo que tomaba semanas y presentaba grandes errores debido a factores ambientales. Ahora, la presencia o ausencia de resistencia puede determinarse con precisión en la etapa de plántula mediante el análisis genotípico. Esto representa un punto de inflexión para aumentar drásticamente la precisión y la velocidad de selección en el fitomejoramiento molecular.

También es notable que este estudio reafirma el valor práctico de los recursos genéticos silvestres. Demuestra que los genes inmunológicos de parientes silvestres, perdidos durante el proceso de domesticación de los cultivos modernos, pueden servir como un escudo sólido para la seguridad alimentaria en la era del cambio climático. Sin embargo, la rápida capacidad de adaptación de las plagas sigue siendo un desafío. El cultivo a gran escala de una sola resistencia genética durante periodos prolongados conlleva el riesgo de que surjan nuevas variantes de pulgones que evadan la barrera de defensa de Gb3. Por ello, es necesario gestionar la longevidad de la resistencia genética mediante estrategias de fitomejoramiento por piramidación (acumulación) de genes con otros mecanismos de defensa.