Los científicos han utilizado la genómica y la edición de genes para descubrir una mutación genética que hace que las orugas del gusano del algodón, una de las plagas de algodón más destructivas del mundo, sean resistentes al algodón obtenido por ingeniería genética.
El método puede indicar una nueva era en los esfuerzos para promover un control de plagas más sostenible.
El algodón, el maíz y la soja han sido diseñados genéticamente para producir proteínas que eliminan las plagas de la bacteria del suelo Bacillus thuringiensis, o Bt. Desde hace más de 50 años, estas proteínas Bt, inocuas para el medio ambiente, no tóxicas para las personas y la vida silvestre, incluidas las abejas, son aplicadas por los cultivadores orgánicos, y en cultivos Bt diseñados por ingeniería genética millones de agricultores han plantado en todo el mundo un total acumulado de más de dos mil millones de acres desde 1996.
Como se informó en los Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, los entomólogos querían identificar la mutación que confiere la resistencia Bt en los gusanos de la lombriz, editar con precisión un gen del gusano de la lombriz para probar que esta mutación causa resistencia y descubrir cómo la resistencia se está extendiendo a través de los campos de algodón en China.
"Es una notable historia de detectives", dice el coautor Bruce Tabashnik, profesor del departamento de entomología de la Universidad de Arizona y miembro del Instituto BIO5. "Sin los últimos avances en tecnología genética, no habría sido posible encontrar el único cambio en el par de bases del ADN que causó resistencia entre los cientos de millones de pares de bases en el genoma del gusano de la cápsula".
De 17.000 genes a sólo 21
Durante años, los científicos han sabido que los insectos pueden desarrollar resistencia a las proteínas Bt, al igual que a los insecticidas convencionales. Sin embargo, los insectos han pasado la resistencia a Bt de forma recesiva en casi todos los casos estudiados anteriormente. Esto significa que los insectos deben tener dos copias del gen de resistencia, una de cada padre, para que puedan alimentarse y sobrevivir en el cultivo Bt.
Para combatir la resistencia, los agricultores siembran refugios de cultivos no Bt, donde los insectos susceptibles pueden prosperar. La idea es que los insectos resistentes raros se apareen con los insectos susceptibles más abundantes de los refugios, produciendo descendientes que albergan solo una copia del gen de resistencia. Con una resistencia hereditaria recesiva, tales descendientes no sobreviven en el cultivo Bt.
Aunque los refugios no detienen por completo la evolución de la resistencia, pueden retrasarla sustancialmente, especialmente cuando la resistencia es recesiva.
Pero en China, el periódico informa que la resistencia dominante de los gusanos de la lombriz a Bt está en aumento. Sólo una copia de una mutación dominante hace que un gusano de gusano sea resistente.
Debido a que la base genética de la resistencia dominante al Bt era desconocida previamente, los investigadores tuvieron que examinar el genoma completo del gusano de la cápsula para encontrar al culpable. Al comparar el ADN de lombrices resistentes y susceptibles, redujeron la búsqueda de 17.000 genes a una región de solo 21 genes asociados con la resistencia.
"Pero solo 17 de esos genes codifican proteínas producidas por las orugas", dice Tabashnik, explicando que solo las orugas del gusano se alimentan del algodón y pueden ser eliminadas por las proteínas Bt.
"Al comparar las secuencias de esos 17 genes entre las cepas, solo hubo una diferencia consistente", dice Tabashnik. "Hubo una posición en la que todos los gusanos de la cápsula resistentes tenían un par de bases de ADN y todos los gusanos de la cápsula susceptibles tenían un par de bases de ADN diferente".
Edición CRISPR
Este par de bases pivotal se encuentra en un gen recientemente identificado llamado HaTSPAN1, que codifica una tetraspanina, una proteína que contiene cuatro segmentos que abarcan las membranas celulares. Aunque la función normal de HaTSPAN1 no se conoce, muchas otras tetraspaninas son importantes en la comunicación de célula a célula. A pesar de casi 30,000 estudios previos de Bt o tetraspaninas, el nuevo estudio es el primero en encontrar una conexión fuerte entre ellos.
Con el par de bases mutantes identificado, el segundo desafío fue determinar si esta mutación única causa resistencia. Para averiguarlo, el equipo de investigación utilizó la herramienta de edición de genes CRISPR para alterar con precisión solo el gen HaTSPAN1. Cuando los investigadores alteraron el gen en gusanos de la cápsula resistentes, se volvieron completamente susceptibles a Bt. A la inversa, cuando los investigadores insertaron la mutación en el ADN de los gusanos de la cápsula susceptibles, se volvieron resistentes, lo que demuestra que este solo cambio de par de bases puede causar resistencia.
El último paso fue probar la hipótesis de que esta mutación contribuye a la resistencia al algodón Bt en el campo. Al detectar la mutación en el ADN de miles de polillas de gusanos de la pulpa preservadas que los investigadores recolectaron entre 2006 y 2016, encontraron que la frecuencia de la mutación aumentó en un factor de 100, de 1 en 1.000 a 1 en 10.
Los gusanos resistentes aún no son lo suficientemente numerosos como para disminuir notablemente la producción de algodón en China, pero el gen dominante se está propagando más rápido que otros genes de resistencia. El análisis de Tabashnik predice que si la tendencia actual continúa, esta mutación conferirá resistencia a la mitad de los gusanos de algodón del norte de China dentro de cinco años.
"Si las cosas continúan en la misma trayectoria, esta es la mutación que va a causar problemas a los agricultores en el campo", dice Tabashnik.
Sin embargo, es lo suficientemente temprano para que los agricultores en China cambien sus tácticas y rechacen la resistencia Bt. Podrían cambiar del algodón que produce solo una proteína Bt a los tipos de algodón cultivados en los Estados Unidos y Australia, que producen dos o tres proteínas Bt distintas. Tabashnik espera que la nueva investigación estimule una mayor sostenibilidad para los agricultores.
"Les da la información para tomar decisiones constructivas y proactivas antes de que sea demasiado tarde", dice Tabashnik.
Al muestrear las poblaciones de plagas de un año a otro, los agricultores e investigadores pueden aprender qué métodos son más efectivos para frustrar la resistencia.
Entender la resistencia al gusano tiene implicaciones globales porque ocurre en más de 150 países y ahora amenaza con invadir los Estados Unidos.
"Será interesante detectar esta mutación en el gusano de algodón de Australia, India y Brasil", dice Yidong Wu, profesor de entomología en la Universidad Agrícola de Nanjing que dirigió la investigación en China.
Traducción: Cecilia González P.
Publicado: 15 de noviembre de 2018
Fuente: Futuriy
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09-04-2024
