Ingeniería Genética

El gen del tomate silvestre para combatir las plagas | Michigan State University

Dan Lybrand y Bryan Leong, estudiantes graduados de la MSU y coautores del estudio, examinan los tricomas glandulares en la superficie de la hoja de la planta de Solanaceae. Foto Michigan State University.

Abril 24, 2019 – Michigan State University. 

Aunque los pesticidas son una parte estándar de la producción de cultivos, los investigadores de la Universidad del Estado de Michigan creen que el uso de pesticidas podría reducirse tomando las señales de las plantas silvestres.

El equipo identificó recientemente una función evolutiva en las plantas de tomate silvestres que los fitomejoradores modernos podrían utilizar para crear tomates resistentes a las plagas.

El estudio, publicado en Science Advances, trazó la evolución de un gen específico que produce un compuesto pegajoso en las puntas de los tricomas o pelos, en la planta de Solanum pennellii que se encuentra en el desierto de Atacama en Perú, uno de los entornos más duros tierra. Estos pelos pegajosos actúan como repelentes de insectos naturales para proteger la planta, lo que ayuda a garantizar que sobrevivan para reproducirse.

«Identificamos un gen que existe en esta planta silvestre, pero no en los tomates cultivados», dijo Rob Last, profesor de bioquímica de la planta de MSU Barnett Rosenberg. «La enzima similar a la invertasa crea compuestos insecticidas que no se encuentran en el tomate de la variedad de jardín. Este rasgo defensivo podría convertirse en plantas modernas».

El último explicó que los tomates cultivados modernos producen menos de los compuestos que se encuentran en las plantas silvestres debido a que, inconscientes de su función adaptativa, los mejoradores eliminaron rasgos indeseables como la adherencia.

Bryan Leong, estudiante graduado de biología vegetal y coautor, está interesado en cómo las plantas silvestres evolucionaron para ser resistentes a los insectos.

«Queremos que nuestros tomates actuales se adapten al estrés como este tomate silvestre, pero solo podemos hacerlo mediante la comprensión de los rasgos que los hacen resistentes», dijo Leong. «Estamos utilizando la evolución para enseñarnos cómo ser mejores criadores y biólogos. Por ejemplo, ¿cómo podemos aumentar el rendimiento de los cultivos al crear una planta resistente a las plagas y eliminar la necesidad de rociar los campos con insecticidas?»

Los avances en tecnología permitieron al equipo aplicar enfoques genéticos y genómicos, incluida la tecnología de edición de genes CRISPR, a la planta de tomate silvestre para descubrir las funciones de genes, metabolitos y vías específicas. Usando estas nuevas técnicas, el equipo identificó una enzima tipo invertasa específica para las células en las puntas de los pelos pegajosos. Las invertas regulan muchos aspectos del crecimiento y desarrollo en las plantas. En el tomate silvestre, la enzima evolucionó para facilitar la producción de nuevos compuestos insecticidas.

«Es una carrera en el tiempo evolutivo entre los consumidos y los consumidores», dijo Leong. «Los insectos se benefician al comer las plantas. Sin embargo, la evolución favorece a las plantas que producen más semillas y transmiten sus genes a otra generación. Esperamos tomar las lecciones defensivas que las plantas ya aprendieron y aplicarlas a los cultivos existentes».

Este descubrimiento es un paso hacia la comprensión de la resistencia natural a los insectos de las plantas de Solanum pennellii, que podría permitir la introducción de este rasgo en los tomates cultivados utilizando las prácticas de reproducción tradicionales.

«Las plantas son increíbles fábricas bioquímicas que producen muchos compuestos inusuales con propiedades protectoras, medicinales y económicamente importantes», dijo Cliff Weil, director de programas de la National Science Foundation, que financió este estudio. «En este estudio, los autores encontraron que una enzima común se ha reutilizado para formar dichos compuestos, lo que nos da una idea importante de cómo la vida puede doblar las herramientas existentes para usos novedosos».

Este proyecto fue una colaboración entre los departamentos de Biología Vegetal; Bioquímica y biología molecular; y el núcleo de espectrometría de masas y metabolómica. Los coautores incluyeron a Daniel Lybrand, Yann-Ru Lou, Pengxiang Fan y Anthony Schilmiller.

El estudio también fue financiado por una beca de capacitación para graduados del Instituto Nacional de Biotecnología de Plantas para la Salud y la Salud.

(Nota para los medios de comunicación: incluya un enlace al documento original en la cobertura en línea: https://advances.sciencemag.org)

Michigan State University

  1. Bryan J. Leong, Daniel B. Lybrand, Yann-Ru Lou, Pengxiang Fan, Anthony L. Schilmiller, Robert L. Last. Evolution of metabolic novelty: A trichome-expressed invertase creates specialized metabolic diversity in wild tomatoScience Advances, 2019; 5 (4): eaaw3754 DOI: 10.1126/sciadv.aaw3754

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