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Estrategias para conseguir plantas de arroz resistentes a hongos

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Investigadores del CSIC trabajan en la mejora de variedades de arroz para dotarlas de resistencia frente a la infección por patógenos como el hongo Magnaporthe grisea.  En un trabajo que acaban de publicar en la revista Applied Microbiology and Biotechnology explican una de sus estrategias.

 Lesiones en hojas de la planta de arroz por el hongo Magnaporthe grisea. Imagen: USDAInvestigadores del CSIC trabajan en la mejora de variedades de arroz para dotarlas de resistencia frente a la infección por patógenos como el hongo Magnaporthe grisea. También conocido como piricularia, Magnaporthe grisea destruye buena parte de las cosechas de arroz de todo el mundo y es uno de los principales problemas en los campos del Delta del Ebro.

Una estrategia creada recientemente por el equipo del CSIC dirigido por Blanca San Segundo, del Instituto de Biología Molecular de Barcelona del CSIC, es incorporar en las plantas genes que confieren resistencias y que provienen no de otras plantas sino de otros organismos, como larvas de insectos o como el hongo del suelo Aspergillus giganteus.

Aspergillus giganteus, explica Blanca San Segundo, secreta una proteína antifúngica para defenderse de otros hongos; por su parte, la cecropina es un péptido que producen algunas larvas de insectos para protegerse contra los hongos. En ambos casos, los investigadores han visto que si incorporan en la planta de arroz, bien el gen responsable de sintetizar la proteína antifúngica de Aspergillus o bien el péptido cecropina, la planta puede defenderse de Magnaporthe grisea. En un trabajo que acaban de publicar en el numero de marzo de la revista Applied Microbiology and Biotechnology explican como actúa la proteína antifúngica de A. giganteus.

La proteína antifúngica de Aspergillus produce que induce la permeabilización de las celulas de M.grisea, según revela el trabajo de los investigadores. El trabajo del CSIC muestra que la proteína antifúngica causa una degradación severa en las células y en las membranas del hongo M.grisea, que penetra en las células de M.grisea y se dirige a su núcleo. Por otro lado, experimentos in vitro muestran, que la proteína antifúngica no afecta a las células de arroz ni a células humanas. Estos resultados revelan que la proteína antifúngica de Aspergillus es un buen candidato para la lucha contra M.grisea y que no resultaría nocivo para el arroz ni para el ser humano.

La estrategia que se plantean los investigadores con la introducción de esos genes en la planta es que los compuestos antifúngicos se expresen sólo ante un ataque del hongo y únicamente en las hojas, de forma que la respuesta temprana frente la plaga evite el uso de fungicidas. Para ello utilizan un "promotor" inducible, una especie de "interruptor" que indica a la planta cuándo debe iniciar la respuesta de defensa. Se trata de un fragmento de ADN colocado antes del gen que desata la respuesta de defensa. El promotor reconoce la presencia del hongo y desencadena la activación del gen responsable de la síntesis de la proteína antifúngica de Aspergillus.

El trabajo revela que la proteína antifúngica de Aspergillus es un buen candidato para la lucha contra M.grisea y que no resultaría nocivo para el arroz ni para el ser humano

Los resultados de estos estudios hoy por hoy, dada la situación de las plantas transgénicas, no son aplicables. Quizás en el futuro se puedan comercializar. De momento, explica Blanca San Segundo, investigan en condiciones controladas en laboratorio con el objetivo de tener soluciones a punto para el momento en que se necesiten y se puedan usar.

¿Por qué buscar genes en otros organismo? Existen variedades de arroz que muestran resistencia a M. grisea. Esta resistencia está basada en la presencia de un gen de resistencia en la planta de arroz (gen R) y de un gen de avirulencia en el hongo (gen avr), y es altamente específica (depende del cultivar de arroz y de la raza del patógeno). El reconocimiento de los productos de los genes R y avr desencadena una respuesta de defensa en la planta muy efectiva. Sin embargo, el elevado número de razas de este hongo que se pueden encontrar en el campo, y su gran variabilidad patogénica, hace que hasta la fecha estas resistencias sean poco duraderas en el campo. Además, las variedades de arroz que muestran esta resistencia no necesariamente son variedades de interés comercial bien por su limitada productividad, o bien porque no se encuentran adaptadas a las condiciones de cultivo locales.

La biotecnología vegetal permite introducir en una planta un gen para el cual se sabe que da lugar a una proteina efectiva para combatir el crecimiento de M. grisea, independientemente de si dicho gen proviene de una planta o de otro organismo. Este es el caso de los genes que son responsables de la producción de la cecropina A de insectos, o de la proteina antifúngica de Aspergillus giganteus.

Magnaporthe grisea es una de las peores plagas del arroz en todo el mundo. La situación es más grave en países que tienen una gran dependencia de este cultivo. El hongo ha sido capaz no sólo de crear resistencias a los diferentes fungicidas que se han ido aplicando a lo largo de los años (lo que también supone una preocupación ambiental) sino de superar las resistencias de plantas obtenidas por cruce tradicional en los viveros.

En España, el Delta del Ebro y el Guadalquivir, dos zonas arroceras por excelencia, tienen como una de las principales amenazas a Magnaporthe. La lucha contra este hongo pasa por la fumigación de los campos. Curiosamente, estas zonas arroceras están cerca de parques naturales protegidos y a los cuales, en teoría, no debería llegar ninguna contaminación química por fungicidas, comenta Blanca San Segundo.