Descubren un gen clave en tomates que aumenta la resistencia a malas hierbas parásitas y mejora la producción

Un reciente avance en la investigación agrícola ha sido realizado por un equipo liderado por el profesor Li Jiayang del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia China de Ciencias. Este estudio ofrece nuevas perspectivas en la lucha contra las malas hierbas parásitas, responsables de pérdidas agrícolas globales que superan los 10.000 millones de dólares anuales.

Los investigadores han identificado un gen clave, el transportador de estrigolactonas SlABCG45, en tomates, que juega un papel crucial en el equilibrio entre la resistencia del huésped a las malas hierbas parásitas y el rendimiento de la fruta. La investigación, publicada en The Innovation, destaca cómo SlABCG45, un transportador de estrigolactonas (SL), media la defensa de la planta contra especies de broomrape (Orobanche y Phelipanche) sin afectar el rendimiento del cultivo. Este descubrimiento se considera un paso significativo hacia el desarrollo de cultivos con resistencia duradera y de amplio espectro a malas hierbas parásitas.

Las malas hierbas Striga, que atacan cereales monocotiledóneos como el maíz, el sorgo y el mijo, así como las broomrapes, que se dirigen a cultivos como tomates, girasoles, patatas y garbanzos, representan desafíos importantes para la agricultura global. La gestión del parasitismo es complicada, y muy pocos genes de resistencia han sido clonados y caracterizados en plantas.

Investigación sobre la resistencia a broomrapes

Para identificar genes clave que confieran resistencia a las broomrapes, el equipo de investigación llevó a cabo un estudio de asociación genómica utilizando 152 accesiones de tomate, identificando SlABCG45 como un gen crucial que media la resistencia del huésped a Phelipanche aegyptiaca. Se descubrió que SlABCG45 y su homólogo cercano SlABCG44 eran transportadores de SL localizados en la membrana, con roles esenciales en la exudación de SLs al rizosfera, el transporte de SLs desde las raíces hasta los brotes y la mediación de la germinación de semillas de broomrape.

De manera interesante, SlABCG45 y SlABCG44 presentan una diferenciación funcional. La expresión de SlABCG45 respondió fuertemente a la deficiencia de fósforo, una señal ambiental que induce el parasitismo, la biosíntesis de SL y la exudación, mientras que SlABCG44 mostró una respuesta débil a la deficiencia de fósforo. Además, la mutación de SlABCG45 tuvo un efecto relativamente débil en el tamaño de la fruta, pero el mutante slabcg44 produce frutas más pequeñas.

El equipo de investigación evaluó sistemáticamente el potencial de la edición del genoma de SlABCG45 en la resistencia a broomrapes, demostrando que la eliminación de SlABCG45 confiere resistencia duradera y de amplio espectro a especies de broomrape en tomates. Los experimentos de campo realizados durante dos años consecutivos en la provincia de Xinjiang mostraron que la eliminación de SlABCG45 mejoró significativamente la resistencia del tomate a broomrape, resultando en un aumento de rendimiento de más del 30% en un campo infestado por Phelipanche.

Finalmente, los investigadores propusieron que los cultivos deficientes en biosíntesis de SL, como Slccd8, exhiben resistencia a broomrapes. Sin embargo, la aplicación agrícola de esta estrategia se ha visto obstaculizada por las características indeseables que la acompañan, incluyendo enanismo, número excesivo de ramas, frutas más pequeñas y menos cantidad de fruta, así como un rendimiento reducido. La eliminación de SlABCG45 mejoró significativamente la resistencia a Phelipanche y Orobanche sin sacrificar el desarrollo de la fruta, elevando así el rendimiento en un campo infestado por Phelipanche.

Estos hallazgos demuestran que SlABCG45 es un objetivo crítico para la mejora de cultivos que puedan resistir malas hierbas parásitas sin comprometer el rendimiento, abriendo el camino hacia prácticas agrícolas más sostenibles en el futuro.