Los investigadores del Centro John Innes rediseñaron una nueva clase de sensores inmunológicos para cereales, una prueba de concepto que aún no se ha probado en plantas enteras o campos agrícolas.
Los científicos han diseñado una clase de receptores inmunes de cereales para que puedan reconocer dos proteínas diferentes utilizadas por el hongo del añublo, una de las enfermedades más dañinas del arroz, el trigo y la cebada. El trabajo de prueba de concepto, dirigido por el Centro John Innes del Reino Unido con la Universidad de Kobe en Japón, se publicó en Science Advances.
Los resultados provienen de células individuales de trigo en el laboratorio, no de plantas en un invernadero o en el campo. Aún así, el enfoque apunta a una debilidad que ha socavado la protección de los cultivos durante décadas: los hongos a menudo evolucionan alrededor de genes de resistencia que vigilan una sola amenaza.
El trigo, el arroz y la cebada alimentan a miles de millones de personas, por lo que una defensa más duradera tendría importancia mucho más allá de cualquier granja. Este año ya ha demostrado lo rápido que pueden reducirse los suministros de cereales. En un análisis de agosto, el Instituto Internacional de Investigación sobre Políticas Alimentarias informó que la sequía redujo la producción estimada de trigo de EE. UU. en aproximadamente un 26% para la temporada 2026/27, ya que los precios mundiales del trigo aumentaron aproximadamente un 25% por encima de los niveles de enero. Ese déficit se debe al clima, no a las explosiones, pero muestra cuán sensibles son los precios del pan y los piensos a las pérdidas de cosechas.
Un cereal asesino en tres continentes
El hongo Magnaporthe oryzae, causa la enfermedad más grave del arroz cultivado y se ha extendido al trigo y la cebada en partes de Asia y África, según el Centro John Innes. Cada año, la explosión del arroz destruye suficiente arroz para alimentar a unos 60 millones de personas. El añublo del trigo se identificó por primera vez en Brasil en la década de 1980 y desde entonces se ha trasladado a otros continentes.
Un estudio de modelado de 2024 en Nature Climate Change estimó que alrededor de 6,4 millones de hectáreas (aproximadamente 15,8 millones de acres) de tierras agrícolas ya son vulnerables a la explosión del trigo en las condiciones climáticas actuales. El estudio proyectó que la enfermedad se propagaría principalmente en las regiones tropicales a medida que el clima se calienta. Esas cifras son estimaciones modeladas, no pérdidas observadas.
El Centro John Innes señaló que no se ha encontrado añublo del trigo en el Reino Unido. El cambio de las condiciones podría eventualmente permitirle amenazar la producción de cereales en el norte de Europa, afirmó el instituto.
Receptores inmunes de plantas como cables trampa moleculares
Para infectar una planta, el hongo introduce proteínas llamadas efectoras en las células madre y de las hojas para desarmar al huésped. Las plantas portan receptores inmunológicos que actúan como sensores de alarma. Cuando un receptor detecta un efector coincidente, puede desencadenar la muerte de la célula infectada, sellando el hongo antes de que se propague.
Durante más de 30 años, la mayoría de las investigaciones se centraron en los receptores conocidos como NLR. El nuevo estudio analizó las proteínas quinasas en tándem (TKP), una clase descubierta más recientemente que se encuentra en los cereales. Algunos TKP llevan una pequeña sección llamada dominio asociado a metales pesados (HMA), que funciona como cebo al que se adhieren los efectores. Ya existen dominios de cebo similares en algunos receptores NLR, por lo que el equipo esperaba que los métodos de ingeniería desarrollados para los NLR se trasladaran.
Utilizando cristalografía, el equipo mapeó en alta resolución cómo los dominios HMA se unen a los efectores de explosión. Una estructura muestra un receptor de trigo llamado Rwt7 unido a un efector fúngico llamado Pwt7, según la descripción de la investigación realizada por el instituto.
Dos objetivos en lugar de uno
Armados con ese mapa estructural, los investigadores alteraron el cebo del receptor para que pudiera unirse a los efectores asociados con infecciones tanto en el trigo como en la cebada. Ese tipo de especificidad dual es de naturaleza inusual. Es más difícil pasar por alto un receptor que busca dos efectores, porque el hongo necesitaría cambiar o perder ambas proteínas para evitar la detección. Los genes de resistencia a un solo objetivo a menudo han perdido su valor una vez que una población de patógenos cambió la proteína que buscaban, lo que obligó a los mejoradores a buscar reemplazos.
El primer autor, Daniel Yu, dijo que el trabajo muestra que “esta nueva clase de proteínas de resistencia es adecuada para fines de ingeniería”, informó ScienceDaily. Las herramientas desarrolladas para NLR también pueden funcionar en TKP, dijo.
El líder del grupo, Mark Banfield, dijo que las dos clases de receptores probablemente se activan de diferentes maneras, lo que podría permitir a los científicos apilarlos en un solo cultivo para una protección en capas. Esa estrategia, dijo, significa que “no se están poniendo todos los huevos en la misma canasta”.
De células individuales de trigo a plantas de invernadero
El estudio es una investigación de laboratorio revisada por pares. Las pruebas utilizaron protoplastos, células individuales de trigo despojadas de sus paredes, como sustitutos del tejido vegetal completo. El artículo no demostró que los receptores diseñados protejan plantas enteras, reduzcan la infección en un campo o preserven los rendimientos.
El siguiente paso es pasar de esos ensayos con células a plantas cultivadas en invernaderos, según el Centro John Innes. Más allá de eso, cualquier cultivo diseñado necesitaría años de pruebas de campo, revisión regulatoria y mejoramiento de variedades que los agricultores quieran cultivar. No se ha anunciado ningún cronograma para el uso comercial y el instituto no ha dicho qué variedades de cultivos serían las primeras candidatas.
Los investigadores tampoco saben qué tan rápido el hongo podría adaptarse a un receptor de doble objetivo en campos reales. La combinación de TKP y NLR es una hipótesis que debe probarse, no un resultado demostrado. El trabajo fue financiado por el Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas de Investigación e Innovación del Reino Unido.
Para los consumidores estadounidenses, el estudio no cambia nada en el supermercado ahora. Los agricultores de las regiones afectadas por la explosión siguen dependiendo de variedades resistentes, fechas de siembra ajustadas y fungicidas. Nature World News informará sobre los resultados de campo y de invernadero a medida que se publiquen.
Lo que los lectores quieren saber
¿Qué lograron los investigadores? Diseñaron receptores inmunes de cereales llamados proteínas quinasas en tándem para reconocer dos efectores de hongos blásticos, uno asociado con la infección del trigo y otro con la infección de la cebada.
¿Está ahora disponible el trigo resistente a la añublo? No. Las pruebas utilizaron células de trigo individuales en el laboratorio. Las pruebas de invernadero son el siguiente paso, al que seguirían las pruebas de campo y la revisión regulatoria.
¿Por qué es importante reconocer dos objetivos? Los hongos a menudo evolucionan para escapar de los receptores que buscan una sola proteína. Un receptor que detecte dos efectores podría ser más difícil de evadir, aunque esto no se ha probado en el campo.
¿Dónde es un problema la añublo del trigo? Comenzó en Brasil en la década de 1980 y se ha extendido a partes de Asia y África. El Centro John Innes dice que no se ha encontrado en el Reino Unido.
¿Podría esto afectar los precios de los alimentos? No en el corto plazo. Una resistencia más duradera y a más largo plazo podría reducir las pérdidas de cultivos en las regiones donde se está extendiendo el tizón.
¿Cuándo estarán disponibles más resultados? El equipo planea realizar a continuación estudios en invernaderos. No se ha anunciado ninguna fecha para la publicación de los resultados.
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