Detección de la resistencia a enfermedades de una planta cuando es solo una semilla

En el viaje, a veces confuso, de seguir los rasgos genéticos para producir plantas resistentes, un gen recientemente identificado ilumina el camino hacia la resistencia natural de la soya a una enfermedad devastadora.

La Universidad de Purdue anunció una asociación académico-industrial con Corteva Agriscience el jueves (18 de noviembre), lo que resultó en la identificación de un gen individual responsable de la resistencia a Phytophthora para que los fitomejoradores puedan detectar fácilmente qué plantas portan el rasgo.

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“Solo se necesita una pequeña muestra de ADN para una prueba con un marcador molecular, por lo que incluso las semillas pueden verificarse fácilmente para detectar la resistencia a esta enfermedad”, dijo. Jianxin Ma, profesor de agronomía en el Purdue College of Agriculture, quien dirigió el equipo. “No tenemos que esperar a que una planta crezca para ver si tiene esta característica o desperdiciar recursos criando plantas sin ella. Este mejoramiento de precisión acelera la velocidad a la que se puede poner en manos de los agricultores un cultivo nuevo y robusto”.

El gen, denominado Rps11, confiere resistencia de amplio espectro al patógeno. El equipo identificó y clonó el gen, un paso fundamental para crear marcadores moleculares que detecten con precisión la presencia del gen, el mismo principio utilizado en las pruebas de COVID-19. Nature Communications publicó un papel detallando el trabajo del equipo.

Phytophthora es un moho responsable de la pudrición de la raíz y el tallo que puede devastar los campos de soja y cuesta a los agricultores anualmente más de $1 mil millones en todo el mundo. Al igual que los hongos y otros patógenos, el moho del suelo ha evolucionado con el tiempo y la resistencia de las líneas de soya existentes está disminuyendo, dijo Ma, quien también forma parte de Los próximos movimientos de Purdue en ciencias de las plantas y miembro de la universidad Centro de Biología Vegetal.

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Jianxin Ma, profesor de agronomía en la Universidad de Purdue, sostiene las hojas de una planta de soja. Detrás de Ma, de izquierda a derecha, están los estudiantes Weidong Wang, Chance Clark y Dominic Provancal. Ma está trabajando para mejorar las plantas de soya como parte de la iniciativa científica de plantas Next Moves de Purdue. Crédito de la foto: Universidad de Purdue / Tom Campbell

“Este patógeno es difícil de manejar con fungicidas, que además son costosos y tienen un impacto ambiental potencial”, dijo. “La resistencia genética es la mejor forma de prevenirla. Además de Rps11, la colaboración ha dado como resultado la identificación de tres genes más, que también confieren una excelente resistencia al patógeno, que esperamos poder clonar también”.

"Corteva Agriscience se complace en colaborar con la Universidad de Purdue para desarrollar soluciones potenciales para nuestros clientes agricultores", dijo Jeff Thompson, líder mundial de soja de Corteva. "Esto se alinea bien con nuestro interés en trabajar con universidades de concesión de tierras en la creación de soluciones innovadoras para proteger nuestra cosecha de soja de plagas y enfermedades".

Corteva proporcionó acceso a una instalación de última generación y colaboración con los mejores científicos, dijo Ma. El equipo del proyecto utilizó las tecnologías de genotipado y secuenciación de alto rendimiento de la empresa para identificar un nuevo gen responsable de la resistencia a Phytophthora. La colaboración también proporcionó una plataforma de capacitación y experiencia de investigación avanzada para estudiantes de pregrado y posgrado en Purdue a través de la interacción directa con los científicos de Corteva.

El gen Rps11 se encuentra en una región compleja del genoma. Esta región porta una docena de genes que son estructuralmente similares a Rps11, pero funcionalmente distintos. Y el número de dichos genes en la región varía entre las variedades de plantas de cinco a 23, lo que dificulta encontrar Rps11.

“Si solo hubiéramos confiado en los genomas de referencia de soja disponibles públicamente, no habríamos capturado Rps11”, dijo Ma. “La región está presente en esos genomas, pero no está la contraparte del gen que da la resistencia. Por lo tanto, tuvimos que decodificar toda la región en la línea donante Rps11 y no podríamos haberlo hecho sin el equipo y la experiencia de Corteva”.

Guiado por la secuencia completa de la región, el equipo pudo diseñar un conjunto de marcadores de ADN para el genotipado de alto rendimiento de más de 17,000 plantas individuales en cuestión de unos pocos meses para finalmente identificar el gen, dijo.

El equipo de investigación espera poder hacer lo mismo con los otros tres genes que identificaron, dijo.

“Si las plantas se pueden criar con múltiples genes que confieren resistencia a las enfermedades, tendrían capas de protección”, dijo Ma. “También planeamos explorar cómo la variación estructural de esta región genómica dio lugar a la resistencia, para comprender y posiblemente mejorar la resistencia a enfermedades de otras maneras. Queremos proporcionar tantas herramientas como podamos para una agricultura sostenible”.

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