Los hallazgos de Embrapa Recursos Genéticos y Biotecnología (DF), en colaboración con socios nacionales e internacionales, indican que los genes de parientes silvestres del cacahuete pueden mejorar la resistencia del cacahuete cultivado a múltiples estreses agrícolas. Este enfoque sin precedentes, basado en especies nativas de Sudamérica, amplía las posibilidades de mejoramiento genético al combinar la biodiversidad ancestral con biotecnología avanzada.
Un ejemplo es AdEXLB8, un gen aislado de Arachis duranensis, una de las especies silvestres ancestrales de cacahuete cultivado. Las investigaciones demuestran que la introducción de este gen desencadena respuestas de defensa en las plantas que pueden ayudar a abordar desafíos clave como la sequía, los nematodos y las enfermedades fúngicas.
Una innovación clave del estudio es demostrar que el gen no proporciona resistencia directamente; en cambio, activa un mecanismo conocido como preparación de defensa, que prepara a la planta para responder con mayor eficacia ante el estrés, según un comunicado de prensa.
“Cuando la planta produce esta proteína constantemente, actúa como si estuviera siendo atacada por un patógeno o bajo estrés ambiental. Así, comienza a vivir en un estado de alerta permanente. Haciendo un paralelo con los seres humanos, es como si estuviéramos siempre con la adrenalina lista para una respuesta de “lucha o huida”, pero sin gastar demasiada energía”, explica Ana Brasileiro, investigadora de Embrapa Recursos Genéticos y Biotecnología, quien dirigió los estudios.
Los resultados fueron decisivos: las plantas de tabaco, soja y maní modificadas con este gen mostraron mayor tolerancia a la sequía, mayor resistencia a los nematodos agalladores (Meloidogyne spp.) y mejor tolerancia a enfermedades fúngicas como Sclerotinia sclerotiorum. En las raíces donde se sobreexpresó AdEXLB8, la infección por nematodos se redujo en un 60%, sin impactos negativos en el rendimiento ni en la calidad del producto final.
La investigación comenzó con la observación de que las especies silvestres de Arachis son naturalmente más resistentes y resilientes, con mayor tolerancia a condiciones adversas como la sequía y la salinidad. Estos materiales, recolectados y conservados por Embrapa mediante un programa dirigido por el investigador José Valls, también mostraron resistencia inherente a múltiples patógenos, incluyendo hongos y nematodos. Estas características se formaron a lo largo de miles de años de evolución en ecosistemas expuestos a estreses bióticos recurrentes (de plagas y otros organismos) y abióticos (de factores ambientales).
Como resultado, estos parientes silvestres se convirtieron en valiosos reservorios de genes para el mejoramiento, la investigación y la agricultura. Sobre esta base, la investigadora Patricia Messemberg coordinó los esfuerzos de caracterización molecular en la década del 2000 para liberar su potencial y desarrollar cultivares de maní más resistentes y mejor adaptados a entornos hostiles.
“Varias de estas especies de maní silvestre presentan características de rusticidad que se perdieron durante el proceso de domesticación y ya no están presentes en el maní cultivado. Nuestro trabajo es explorar esta biodiversidad y transformar este potencial en soluciones para la agricultura”, afirma Messemberg.
Según la investigadora, históricamente, los fitomejoradores se mostraban reticentes a utilizar materiales silvestres. El cruce con variedades cultivadas, si bien podía transferir una característica deseada (como la resistencia a una enfermedad), inevitablemente traía consigo un conjunto de características silvestres no deseadas. Esto dificultó la inclusión de materiales silvestres en los programas de mejoramiento de maní en Brasil.
Los avances en biotecnología refuerzan el mejoramiento genético
Explica que los avances en biotecnología proporcionaron una vía más rápida para superar estos desafíos y añadieron valor estratégico a los esfuerzos de conservación. Al mismo tiempo, se desarrollaron nuevas herramientas para posibilitar el uso de especies silvestres en programas de mejoramiento genético convencionales, incluyendo mapas genéticos, marcadores moleculares y selección asistida por marcadores, entre otras técnicas.
“La biotecnología contribuye a la inclusión de estas especies silvestres en programas de mejoramiento genético en Brasil y en el extranjero, ya que permite la transferencia directa de un gen de una planta a una especie comercial, sin afectar características como la producción y la calidad”, enfatiza.
El equipo de Recursos Genéticos y Biotecnología de Embrapa analizó entonces los genomas de especies silvestres de Arachis para identificar los genes responsables de esta resiliencia heredada.
Utilizando enfoques genómicos como el análisis del transcriptoma —que, como explica Ana Brasileiro, proporciona una instantánea de la respuesta molecular de la planta al ser expuesta a un estímulo específico—, los investigadores buscaron “genes candidatos” potencialmente responsables de estos rasgos protectores.
Investigación pionera
A través de este proceso, se destacó un gen: AdEXLB8, parte de la subfamilia de las expansinas tipo B (EXLB). Las expansinas son proteínas estructurales que intervienen en el aflojamiento de la pared celular durante la división celular, lo que las hace esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas y también están asociadas con las respuestas al estrés hídrico.
Como señala Brasileiro, la expectativa inicial era que una pared celular más flexible pudiera facilitar la entrada de patógenos, lo que hace aún más intrigante la resistencia observada a nematodos y hongos.
“Biológicamente, no podíamos explicar esto. ¿Por qué una proteína que ablanda la pared también confiere resistencia a diferentes tipos de estrés, como la sequía, los hongos y los nematodos?”, pregunta el investigador, recordando la perplejidad inicial del equipo.
Para resolver este enigma, los investigadores sobreexpresaron el gen AdEXLB8 en plantas transgénicas de tabaco, soja y cacahuete. Los resultados fueron sorprendentes: las plantas modificadas mostraron una mayor tolerancia a dos especies de nematodos agalladores (Meloidogyne incognita y M. javanica), una mayor resistencia al hongo Sclerotinia sclerotiorum y una mayor tolerancia a la sequía, incluso cuando estos estreses se produjeron simultáneamente. Según Brasileiro, esta amplia protección contra múltiples tipos de estrés se explica por un mecanismo molecular conocido como preparación de defensa, un estado de “preactivación” que prepara a la planta para responder con mayor eficacia ante el estrés.
“Al producir esta proteína de forma persistente, la planta comprende que está siendo atacada. Esto la mantiene en un estado de alerta constante”, afirma. En este estado, la planta moviliza sus diversas líneas de defensa con mayor rapidez y eficacia que una planta desprevenida. La investigadora destaca que este enfoque es innovador y que la comprensión de este mecanismo de acción convierte la investigación en pionera.
Aclara que el gen AdEXLB8, en su contexto natural, actúa únicamente sobre las paredes celulares. Solo cuando se inserta en otro organismo mediante transgenia y comienza a expresarse continuamente, desencadena el proceso de preparación en la planta. Para la investigadora, la aplicación de estos genes tiene el potencial de reducir la necesidad de nematicidas y fungicidas químicos, contribuyendo a una agricultura sostenible, con alimentos saludables y un menor impacto ambiental. Messemberg enfatiza que una contribución clave del proyecto fue conectar la recolección de campo y la caracterización del germoplasma directamente con el descubrimiento de genes en especies silvestres de Arachis y su aplicación a través de la biotecnología, un modelo integrado alineado con la misión de Embrapa Recursos Genéticos y Biotecnología y similar a los enfoques utilizados internacionalmente en otros cultivos. También destaca la participación de su grupo en las primeras iniciativas internacionales relacionadas con marcadores moleculares, mapeo genético y secuenciación genómica de Arachis silvestre, lo que ayudó a convertir materiales conservados en recursos utilizables para la innovación práctica.
Argumenta que los avances en herramientas genómicas, desde métodos basados en marcadores hasta la edición genética, están abriendo una nueva frontera de investigación conocida como redomesticación: la rápida adaptación de especies silvestres para el cultivo mediante la edición simultánea de múltiples genes relacionados con la domesticación en tan solo unas pocas generaciones. Esto, en su opinión, fortalece significativamente el valor y el uso de la biodiversidad conservada en los bancos de germoplasma.
