A conserved tetrapolar mating system permits sexual hybridization and recombinant host phenotypes in wheat- and barley-adapted Puccinia striiformis
A pesar de la significativa especialización en el hospedador y la diferenciación de todo el genoma entre las cepas de *Puccinia striiformis* adaptadas al trigo y a la cebada, un sistema de apareamiento tetrapolar conservado en el hospedador alternativo *Berberis vulgaris* permite la hibridación sexual que produce progenie viable con perfiles de interacción con el hospedador recombinantes y novedosos.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Los hongos que infectan los cultivos suelen especializarse en un solo tipo de planta, evolucionando para convertirse en expertos en atacar al trigo o a la cebada, pero sin lograr sobrevivir en el otro. Esta especialización actúa como una barrera, manteniendo separadas a las diferentes poblaciones fúngicas y evitando que mezclen sus genes. Sin embargo, muchos de estos patógenos vegetales poseen un ciclo de vida sexual oculto que tiene lugar en un tipo de planta completamente diferente, a menudo un arbusto o un árbol, lejos de los campos de cereales. En este huésped alternativo, los hongos pueden aparearse y producir descendencia. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo si la estricta especialización observada en los campos es tan profunda que impide que estos hongos se apareen incluso cuando se encuentran en el arbusto compartido. Si las barreras son lo suficientemente fuertes, los dos grupos serían incapaces de producir descendencia viable, convirtiéndose efectivamente en especies distintas. Si las barreras son débiles, podrían mezclarse, creando nuevas combinaciones de rasgos que podrían permitirles infectar cultivos que antes no podían tocar.
En un estudio reciente, los investigadores se propusieron probar esta posibilidad utilizando dos formas de hongo de la roya de las rayas estrechamente relacionadas pero especializadas en diferentes huéspedes. Una forma, conocida como roya de la raya del trigo, infecta al trigo pero no a la cebada. La otra, la roya de la raya de la cebada, infecta a la cebada pero no al trigo. A pesar de sus diferentes hábitos en los campos, ambas formas utilizan un arbusto común llamado berberis como lugar para reproducirse sexualmente. Los investigadores reunieron estas dos formas fúngicas distintas en un experimento controlado en plantas de berberis para ver si podían aparearse. Descubrieron que las dos formas, que están especializadas en diferentes cultivos, fueron de hecho capaces de cruzarse. El apareamiento produjo dieciocho descendientes viables, demostrando que las barreras genéticas entre ellas no son completas. Este descubrimiento es significativo porque muestra que, aunque estos hongos parecen y actúan de forma diferente en los campos, conservan la maquinaria biológica para mezclar sus genes cuando se les da la oportunidad.
Los investigadores examinaron luego la composición genética de estos nuevos descendientes para comprender cómo funcionaba el apareamiento. Descubrieron que los hongos utilizan un sistema específico para determinar la compatibilidad, que involucra dos interruptores genéticos distintos ubicados en cromosomas diferentes. Para que el apareamiento ocurra, los compañeros deben tener versiones diferentes de estos interruptores. El estudio confirmó que las formas adaptadas al trigo y las adaptadas a la cebada poseían versiones compatibles de estos interruptores, lo que les permitió fusionarse y reproducirse. Además, la descendencia heredó una mezcla de estos interruptores de ambos progenitores, lo que resultó en cuatro combinaciones genéticas diferentes. Este patrón confirmó que el apareamiento siguió las reglas esperadas de la reproducción sexual, donde los genes de ambos progenitores se recombinan y se transmiten a la siguiente generación.
Quizás el resultado más sorprendente fue lo que ocurrió cuando estos nuevos hongos híbridos fueron probados contra plantas de trigo y de cebada. Los progenitores originales eran especialistas estrictos: la forma del trigo no podía infectar a la cebada, y la forma de la cebada no podía infectar al trigo. Sin embargo, la descendencia mostró un nuevo tipo de comportamiento. Algunos de los híbridos podían infectar tanto trigo como cebada, un rasgo que ninguno de los progenitores poseía. Otros podían infectar una mezcla de variedades de trigo y cebada que los progenitores no podían. Esto sugiere que, al combinar el material genético de dos progenitores especializados, el hongo puede generar nuevas capacidades para superar las defensas de las plantas. El estudio no encontró que los híbridos se volvieran superinfecciosos en todas las plantas; más bien, mostraron una gama de nuevas capacidades, infectando a veces variedades específicas de ambos cultivos.
Este trabajo demuestra que la separación entre estos dos grupos fúngicos no es absoluta. Aunque han evolucionado para especializarse en diferentes cultivos, no han perdido la capacidad de reconocerse entre sí como parejas y de producir descendencia sana cuando se encuentran en su huésped sexual compartido. Los investigadores demostaron que esta mezcla sexual puede crear nuevas combinaciones genéticas que alteran la forma en que el hongo interactúa con sus plantas huéspedes. En el contexto de la protección de cultivos, esto significa que la evolución de nuevas amenazas fúngicas no siempre vendrá de cambios lentos y graduales dentro de un solo grupo. En cambio, el encuentro ocasional de diferentes grupos especializados en un huésped silvestre podría producir repentinamente híbridos con la capacidad de infectar cultivos que antes no podían alcanzar. El estudio proporciona evidencia directa de que la especialización de huésped y la capacidad de mezclarse sexualmente pueden coexistir, manteniendo abierta la puerta para la aparición de nuevas cepas fúngicas.
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