Este artículo apareció originalmente en la edición del 15 de febrero de 2020 de la revista Good Fruit Grower: Apple scab study aims for disease-resistant genes
El hongo del moteado del manzano, Venturia inaequalis, visto con un microscopio en el laboratorio Cornell AgriTech del patólogo Awais Khan en Geneva, Nueva York, en julio. Cultiva moteado en el laboratorio para estudiar la variación genética en la población del patógeno, lo que es importante porque comprender un patógeno en evolución puede ayudar a los investigadores a identificar genes de resistencia a enfermedades más duraderos en la mejora genética. (TJ Mullinax/Good Fruit Grower)
En su huerto hay moteado del manzano por todos lados, y así es como le gusta a Awais Khan. Los aproximadamente 180 cultivares y manzanos silvestres en su bloque sin pulverizar, réplicas de una colección de recursos fitogenéticos cuidadosamente gestionada, tienen la oportunidad de mostrar su talento natural para resistir o sucumbir de forma dramática al patógeno del moteado del manzano, Venturia inaequalis.
“Este huerto es el sueño de un patólogo”, dijo el patólogo de la Universidad de Cornell, que estudia la variación genética en la resistencia a las enfermedades de las plantas. Cuando Good Fruit Grower visitó su laboratorio de Nueva York y su huerto en el verano de 2019, señaló selecciones resistentes, como la manzana rusa Antonovka, que produce fruta limpia en medio de la intensa presión de la enfermedad. Mediante el cruzamiento entre ellas, puede mapear algunos de los genes que tienen influencia en la resistencia.
No hay nada nuevo sobre eso; los obtentores han estado seleccionando en busca de resistencia al moteado durante siglos, es por eso por lo que los viejos cultivares, como Antonovka, destacan en comparación con los vecinos susceptibles en su huerto.
Pero los patógenos evolucionan constantemente, tratando de superar la resistencia de su objetivo. Es por eso que Khan y sus colaboradores quieren usar herramientas genéticas modernas para identificar tantos factores de resistencia como sea posible, para que los obtentores puedan apilarlos y mejorar las probabilidades de que la genética de los árboles supere la evolución de los patógenos.
Clave para burlar al enemigo en esta carrera armamentista evolutiva: comprender la diversidad genética de los patógenos. El laboratorio de Khan identifica diferentes cepas del fuego bacteriano y del moteado para determinar la más prevalente y virulenta entre ellas. Ese entendimiento del arsenal del enemigo ayudará algún día a los obtentores a seleccionar nuevos cultivares con una resistencia a enfermedades más duradera.
La variación genética de la susceptibilidad al moteado es fácilmente visible en un bloque de un huerto antiguo en la Universidad de Cornell en Geneva, Nueva York, donde los investigadores dejaron de aplicar fungicidas para ver qué cultivares y manzanos silvestres son más susceptibles, y menos susceptibles, al moteado. (TJ Mullinax/Good Fruit Grower)
Diversidad de fuego bacteriano
Khan comenzó su investigación sobre cepas de patógenos con el fuego bacteriano, porque heredó una colección de muestras de bacterias de fuego bacteriano recogidas a lo largo de 40 años por un investigador de Cornell ahora retirado. Llevar a cabo la secuenciación genética en docenas de ellos, más nuevas colecciones de Nueva York, Washington y otros lugares, reveló mucha más diversidad de lo que anteriormente se consideraba, señaló.
Parece haber diferentes grupos de fuego bacteriano, hablando genéticamente, y diferentes niveles de virulencia y ataque, que continúa evaluando. Y, cuando eligió tres cepas para exponerlas a tres cultivares, encontró diferentes patrones de respuesta, lo que demuestra que la susceptibilidad y resistencia a las enfermedades tienen múltiples mecanismos.
Awais Khan posa para una fotografía en medio de cruzamientos entre Cox Orange Pippin y Malus sieversii utilizados para mapear la genética de la resistencia al fuego bacteriano y desarrollar marcadores. (TJ Mullinax/Good Fruit Grower)
“Eso inició mi pensamiento de que en realidad es muy importante hacer una buena elección de qué cepa de bacterias usamos para encontrar resistencia”, dijo Khan. “En cuanto a la mejora genética, no tiene ningún sentido utilizar una cepa que no existe en Washington o que existió hace 50 años”.
La resistencia al fuego bacteriano representa lo que los científicos llaman un carácter cuantitativo, lo que significa que hay un gradiente de mayor a menor resistencia, dijo Sarah Kostick, una estudiante graduada de la Universidad Estatal de Washington que evaluó los cultivares de manzana para comprender el gradiente de susceptibilidad al fuego bacteriano. Un gradiente significa que muchos genes tienen una función, cada uno contribuyendo un poco aquí y allá.
Su investigación se centra en detectar las regiones genéticas que contribuyen, de modo que se puedan desarrollar marcadores de ADN para abordar esos caracteres en el programa de mejora de manzanas de la WSU, dirigido por su asesora, Kate Evans.
Kostick usó solo una cepa de fuego bacteriano para desarrollar su gradiente, una cepa común del noroeste del Pacífico aislada por el patólogo de la Universidad Estatal de Oregón, Ken Johnson. De lo contrario, el estudio habría sido demasiado complejo para ser estadísticamente poderoso, dijo, pero comprender el papel que juega la diversidad de cepas será importante en el futuro.
Los obtentores quieren trabajar con factores de resistencia multigénicos más complejos para combatir la diversidad y evolución de los patógenos.
“La respuesta creciente cualitativa es lo que queremos, porque si un patógeno desarrolla resistencia a uno, los otros están ahí”, dijo Khan.
Moteado en evolución
Piensa en un programa típico de pulverización. Los productores rotan los productos para evitar que las plagas desarrollen resistencia a los pesticidas con el mismo modo de acción. Plantar un manzano con un solo gen de resistencia a las enfermedades es como usar solo un fungicida, durante toda la temporada, durante décadas. Toda esa exposición repetida significa que los patógenos se enfrentan a mucha presión, y oportunidades, para adaptarse.
En el bloque de moteado de Khan, tiene 10 cultivares y manzanos silvestres con resistencia conocida. “Tratamos de monitorear qué genes conocidos siguen funcionando y cuáles se han sido vencidos, lo que significa nuevas cepas aisladas (de moteado)”, afirmó.
Awais KhanKhan enseña muestras de los daños de moteado en un bloque del huerto que está utilizando para detectar la resistencia al moteado en el genoma del manzano. (TJ Mullinax/Good Fruit Grower)
En 2019, bajo una presión de moteado muy alta en la región, notó que Malus floribunda, un manzano silvestre que ha sido utilizado como progenitor resistente al moteado durante un siglo, fue devastado por el moteado por primera vez. Eso es un gran problema, porque muchos cultivares comerciales heredaron su resistencia de él.
Entonces, recogió muestras de moteado y las llevó al laboratorio para la propagación y evaluación genética. Allí, probó esas mismas cepas aisladas en cultivares comerciales descendientes de M. floribunda, incluidos GoldRush y Florina, y se sorprendió al descubrir que los cultivares seguían siendo resistentes. Es una buena noticia, pero también sugiere que la resistencia es más complicada de lo que se entendía anteriormente, con más factores genéticos en juego.
“Si sabemos por qué no está infectando a los descendientes, podemos usar marcadores para hacer una mejor selección para el programa de mejora genética”, dijo Khan.
Las muestras de moteado en el laboratorio Cornell AgriTech esperan la caracterización genética. Khan dijo que ha habido menos investigación sobre la diversidad genética del moteado que del fuego bacteriano, porque el fuego bacteriano es una prioridad más urgente de la industria y porque el cultivo del moteado en el laboratorio para investigación ha planteado un desafío mayor, en el que su equipo está trabajando para superarlo. (TJ Mullinax/Good Fruit Grower)
Resistencia duradera
El obtentor de manzanas de la Universidad de Minnesota, Jim Luby, está muy interesado en el trabajo de Khan sobre la genética del moteado. La variedad Honeycrisp también exhibe cierta resistencia al moteado, aunque no es una inmunidad completa. Eso sugiere que alguna variación en la población del moteado permite que ciertas cepas se escapen de las defensas de la variedad Honeycrisp, dijo.
“Hasta ahora hemos estado mejorando un poco a ciegas”, dijo, cuando se trata de las diferentes cepas de moteado y su prevalencia y virulencia. “Tratamos de apilar esos genes de resistencia, pero no sabemos si estamos duplicando la resistencia al mismo subconjunto de razas Venturia o a razas diferentes, lo que sería aún más poderoso para la resistencia”.
La variedad Honeycrisp heredó su resistencia al moteado de Duchess of Oldenberg, un cultivar ruso descendiente de Malus sieversii, un antepasado de la manzana silvestre procedente de la región del Cáucaso, dijo Luby. Por lo tanto, se ha centrado en tratar de generar nuevas selecciones que tengan resistencia al moteado procedente de Honeycrisp y M. floribunda, que sería mucho más duradera que de una sola fuente. Una nueva manzana a punto de ser lanzada por el programa tiene ambas.
Desafortunadamente, ambas fuentes de resistencia se encuentran en el mismo cromosoma, por lo que la descendencia aún tiende a heredar una u otra. Es decir, a menos y hasta que encuentre una nueva selección afortunada que tenga algún cruce cromosómico en el lugar correcto, que permita una combinación de ambos caracteres en el mismo cromosoma, explicó. Entonces, será más fácil combinar los genes de resistencia agrupados con otros caracteres deseables.
Luby envió muestras de la familia de cruzamientos a Khan, quien las está incorporando a su mapeo de resistencia al moteado y al desarrollo de marcadores.
“No tenemos un patólogo dedicado a los cultivos frutales aquí en la UMN”, dijo Luby, “así que deseo trabajar con Awais, quien está inmerso en la patología de la manzana”.
—por Kate Prengaman
