Tomato genomic regions and candidate genes linked to responses to a resistance inducer against Phytophthora infestans

En el mundo de la agricultura, los agricultores han dependido durante mucho tiempo de los aerosoles químicos para evitar que las enfermedades destruyan sus cultivos. Uno de los enemigos más persistentes y dañinos es un organismo microscópico llamado Phytophthora infestans, que causa el tizón tardío. Este patógeno puede aniquilar las cosechas de tomate y patata con una velocidad aterradora. Durante décadas, la solución ha sido combatir el fuego con fuego, utilizando fungicidas sintéticos o productos a base de cobre. Sin embargo, al igual que las bacterias aprenden a sobrevivir a los antibióticos, estos patógenos acaban evolucionando para resistir a los productos químicos destinados a matarlos. Esta carrera armamentista ha obligado a los científicos a buscar formas más inteligentes y sostenibles de proteger las plantas. En lugar de envenenar directamente al patógeno, los investigadores están explorando una estrategia que convierte el propio sistema inmunológico de la planta en un escudo. Este enfoque utiliza sustancias naturales, conocidas como inductores de resistencia, para "despertar" las defensas de la planta antes de que ocurra un ataque. Piense en ello como una vacuna para una planta, entrenándola para reconocer y combatir a los invasores de manera más efectiva. Sin embargo, queda un gran enigma: no todas las plantas responden de la misma manera a este entrenamiento. Algunas variedades parecen absorber el estímulo perfectamente, mientras que otras apenas reaccionan, dejando a los agricultores sin saber qué semillas plantar para obtener la mejor protección.

Un equipo de investigadores del INRAE en Francia se propuso resolver este misterio investigando por qué diferentes plantas de tomate reaccionan de forma tan distinta a un tratamiento natural específico llamado Belvine®. Este producto, derivado de la levadura, ya está aprobado para su uso en vides para combatir el mildiu, pero su potencial para los tomates era menos comprendido. Los científicos querían saber si la variación en la eficacia del tratamiento se debía simplemente a la mala suerte o si estaba escrita en el código genético de las plantas. Para encontrar la respuesta, reunieron un grupo diverso de 148 variedades diferentes de tomate, que iban desde pequeños tomates cherry hasta tipos comerciales grandes, y las cultivaron en túneles de plástico bajo condiciones del mundo real. Trataron a la mitad de las plantas con Belvine® y dejaron la otra mitad sin tratar, luego expusieron todas ellas al patógeno del tizón tardío. Al medir cuidadosamente cuánta enfermedad aparecía en cada hoja, pudieron calcular exactamente cuánta protección proporcionaba el tratamiento para cada variedad individual.

Los resultados confirmaron lo que los agricultores sospechaban: el tratamiento funcionaba, pero su éxito dependía enteramente del tipo específico de tomate. En promedio, el tratamiento con Belvine® redujo la severidad de la enfermedad en casi un 90 por ciento, una mejora notable. Sin embargo, el nivel de protección variaba enormemente de una variedad a otra. Algunos tomates eran completamente inmunes a la enfermedad tras el tratamiento, sin mostrar signos de infección alguna, mientras que otros solo estaban parcialmente protegidos. Este amplio rango de resultados sugería que la capacidad de responder al tratamiento era un rasgo transmitido de generación en generación, de forma similar a la altura o el color del fruto. Para demostrarlo, los investigadores calcularon la heredabilidad de la respuesta, una medida de cuánto de la diferencia entre las plantas se debe a sus genes en lugar de al entorno. Descubrieron que la genética desempeñaba un papel masivo, explicando más de la mitad de la variación en la eficacia de la protección de las plantas. Este fue un descubrimiento crucial, que confirmó que los fitomejoradores podrían seleccionar potencialmente tomates que sean naturalmente mejores en el uso de estas defensas naturales.

Con la base genética confirmada, el equipo pasó al siguiente paso: encontrar las partes específicas del genoma del tomate responsables de esta variación. Utilizaron una técnica poderosa llamada Estudio de Asociación de Genoma Completo (GWAS), que escanea todo el ADN de las plantas para buscar pequeñas diferencias que coincidan con las diferencias en la protección contra la enfermedad. Esta búsqueda reveló cinco regiones distintas en los cromosomas del tomate que estaban vinculadas a la eficacia del tratamiento. Estas regiones se localizaban en los cromosomas 2, 3, 4 y 12. Dentro de estos vecindarios genéticos, los investigadores identificaron varios genes candidatos que probablemente controlan la respuesta de la planta. Estos genes incluían instrucciones para fabricar proteínas que actúan como sensores para detectar amenazas, proteínas que ayudan a enviar señales de alarma y enzimas que construyen barreras físicas contra el patógeno. Curiosamente, algunos de estos genes eran los mismos que el tratamiento se sabe que activa, como aquellos que producen enzimas para descomponer las paredes celulares fúngicas o los que gestionan el estrés oxidativo.

El estudio también destacó que el entorno importa. Aunque algunas regiones genéticas eran importantes en todas las condiciones, otras parecían importar más en túneles o estaciones específicas, lo que sugiere que la mejor coincidencia genética para un agricultor podría depender de su clima local. Los investigadores no solo encontraron las ubicaciones, sino que también analizaron la función de los genes en esos puntos. Descubrieron que los tomates más efectivos poseían versiones específicas de genes que codifican proteínas como las beta-1,3-glucanasas y las glutatión S-transferasas. Estas son las herramientas mismas que la planta utiliza para combatir la infección una vez que se lanza la alarma. El hecho de que las plantas más reactivas poseyeran estas herramientas genéticas específicas sugiere que los programas de fitomejoramiento pueden centrarse ahora en seleccionar estos rasgos. En lugar de adivinar qué variedad de tomate funcionará mejor con un aerosol de defensa natural, los fitomejoradores pueden ahora buscar los marcadores genéticos específicos que garanticen una respuesta fuerte.

Este trabajo representa la primera vez que los científicos mapean las regiones genéticas que determinan qué tan bien responde una planta de tomate a un inductor de resistencia. Antes de esto, la idea de que el ADN de una planta pudiera dictar su capacidad para beneficiarse de un tratamiento natural era mayormente teórica. Ahora, con estos objetivos genéticos específicos identificados, el camino a seguir para la agricultura es más claro. Agricultores y fitomejoradores pueden trabajar juntos para desarrollar nuevas variedades de tomate que no solo sean resistentes a la enfermedad por sí mismas, sino que también estén preparadas para luchar con más fuerza cuando reciban un impulso natural. Este enfoque ofrece una forma de reducir la dependencia de los fungicidas químicos, ofreciendo una solución más duradera y respetuosa con el medio ambiente para uno de los problemas más antiguos y destructivos de la agricultura. El estudio no pretende haber resuelto el problema del tizón tardío por completo, pero ha proporcionado el mapa esencial necesario para cultivar la próxima generación de cultivos resilientes.