Descifran el mecanismo de la defoliación en algodón y olivo causada por un hongo

Una investigación internacional con participación del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS) del CSIC ha identificado la base molecular que explica la defoliación (pérdida de hojas) causada en algodón y olivo por Verticillium dahliae, un hongo que provoca grandes pérdidas de rendimiento en los cultivos y cuya presencia se extiende por todo el mediterráneo. El trabajo, publicado en la revista Nature Communications, abre la puerta a un diagnóstico más fiable de la infección, así como a una mejor vigilancia de cepas peligrosas y al diseño de estrategias de resistencia e intervención.

Verticillium dahliae es un patógeno fúngico responsable de la verticilosis o enfermedad del marchitamiento vascular, una grave enfermedad que afecta a cientos de plantas dicotiledóneas, incluyendo el algodón, el olivo y el tomate. El hongo, que habita en suelos de todo el mundo, entra a la planta por las raíces y coloniza sus vasos xilemáticos, bloqueando el transporte de agua. Los síntomas de la enfermedad incluyen marchitamiento, retraso del crecimiento, clorosis (enfermedad caracterizada por el amarilleamiento de las hojas por una producción insuficiente de clorofila, esencial para la fotosíntesis) y senescencia (estado en el que la célula deja de dividirse, pero no muere y genera inflamación) temprana.

Olivo con verticilosis. / Foto: IAS-CSIC

“El control del marchitamiento por Verticillium es notoriamente difícil”, señala la investigadora del IAS-CSIC Carmen Gómez-Lama Cabanás, quien explica que “en algodón, olivo o pistacho, ciertas cepas de V. dahliae pueden causar síntomas graves. Estas cepas, que los científicos denominan patotipo D, están en aumento y plantean una amenaza significativa para las plantaciones de algodón y olivo en todo el mundo”.

Identificar la causa para proponer soluciones

Hasta ahora, la base genética subyacente a este patotipo D, el más virulento, había permanecido desconocida. Asimismo, existía controversia sobre la causa de la diferencia en agresividad entre las cepas defoliantes y no defoliantes. En esta investigación, el equipo ha combinado genómica comparativa, genética funcional, análisis estructural y filogenómica para descubrir el determinante molecular de la defoliación.

“Identificamos una pequeña región genómica específica del patotipo que causa efectos más graves, y vimos que codifica dos genes efectores secretados duplicados”, explica Gómez-Lama (un gen efector es una molécula producida por el patógeno —normalmente una proteína— que modifica la fisiología de la planta huésped para facilitar la infección).

“La eliminación simultánea de ambas copias de genes abolió la patogenicidad y la defoliación en algodón y olivo, así como en Nicotiana benthamiana y Arabidopsis thaliana, dos plantas modelo muy usadas para estudios en biología vegetal. Además, las deleciones simples redujeron la virulencia y la complementación genética restauró los síntomas de la enfermedad”, indica la investigadora del IAS-CSIC.  Por el contrario, la introducción de estos mismos genes en cepas no defoliantes fue suficiente para inducir la defoliación.

Aunque la identificación de la base molecular no se traduce en una aplicación inmediata en el manejo de fincas, sí que abre la puerta al diseño de mejores estrategias de manejo y prevención. De hecho, el equipo investigador recomienda a los mejoradores que busquen germoplasma que haya evolucionado para reconocer la proteína efectora D, ya que dicho germoplasma podría albergar genes de resistencia dirigidos contra esta proteína efectora específica.

“Tras la identificación de la proteína responsable, el siguiente paso es estudiar mejor su mecanismo de acción a nivel molecular para comprender cómo contribuye al desarrollo de la enfermedad y al proceso de defoliación”, explica Bart Thomma, profesor de Microbiología Evolutiva en la Universidad de Colonia (Alemania). Por su parte, Luigi Faino, de la Universidad de Roma Sapienza (Italia) confía en que “si contamos con colaboración empresarial, en un plazo de 10 años podríamos ver las primeras plantas de algodón modificadas genéticamente para una mejor resistencia a esta cepa”.