La lucha contra el "cáncer" bacteriano del tomate

Por Chessil Dohvehnain     

San Luis Potosí, San Luis Potosí. 24 de octubre de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Desde hace 18 años, el equipo del doctor Ángel Gabriel Alpuche Solís, actual coordinador del Laboratorio Nacional de Biotecnología Agrícola, Médica y Ambiental (Lanbama) del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (Ipicyt), ha trabajado de la mano con agricultores locales e instancias como la Secretaría de Desarrollo Agropecuario y Recursos Hidráulicos (Sedarh) y la Junta Local de Sanidad Vegetal del Valle de Villa de Arista en San Luis Potosí, para identificar problemas regionales relacionados con enfermedades bacterianas en tomate.

El investigador afirma que el cáncer bacteriano causado por la bacteria Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm) es uno de los principales problemas que hay en tomate en el país y a nivel mundial. La enfermedad causó pérdidas por 40 millones de dólares en Sinaloa hace unos años. “Con base en visitas y reuniones con los agricultores del estado de San Luis Potosí, corroboramos que era un problema real que afectaba a los agricultores que cultivaban a cielo abierto (de hecho, ahora ya están migrando el cultivo de tomate a mallasombra o invernaderos para reducir problemas de enfermedades), por lo que decidimos emplear métodos de diagnóstico certeros para detectar de manera eficiente el problema”.

Durante el diagnóstico basado en métodos moleculares que detectan ciertas porciones del ADN, descubrieron que aparte de otros tres hongos presentes en los cultivos de hortalizas, la bacteria Clavibacter era la que más se encontraba esparcida. Por medio de la participación de un estudiante de doctorado, Pablo Lara (actual profesor investigador de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, UASLP/Agronomía), y el empleo de una técnica molecular conocida como cDNA/AFLP, se decidió estudiar plantas silvestres de tomate.

“Para esto supimos que había variedades de tomates silvestres (Solanum arcanum) provenientes de Perú no comerciales, que son resistentes al patógeno. Y esa es una ventaja porque podemos tener un fondo genético para poder rescatar genes que las variedades comerciales no tienen. Entonces analizamos qué genes se encienden cuando la planta silvestre es infectada, para tratar de aislarlos y pasárselos a los tomates comerciales”.

Avances para enfrentar la enfermedad

La enfermedad que la bacteria Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis provoca en los tomates comerciales es conocida como “cáncer o chancro del tomate”, la cual produce heridas en el tejido de la planta y taponea el tallo, ocasionando la muerte con rapidez.

Las probabilidades de extensión de la enfermedad son altas si no se combate, y el hecho de que México es uno de los principales exportadores de tomate a nivel internacional, vuelve el desarrollo de estrategias biotecnológicas de prevención y control biológico una necesidad para atender este problema nacional que puede ser visto como prioritario y de seguridad alimentaria. De hecho, se considera como un tema de investigación primordial por la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (Sagarpa).

“En el trabajo del alumno de doctorado Pablo Lara, se detectaron cerca de 13 genes interesantes que se sobreexpresaban en tomates silvestres al ser infectados por la bacteria, y uno de ellos, conocido como SCE1 o enzima de conjugación del proceso de sumoilación (SUMO), es un gen que ayuda a que proteínas conocidas como factores de transcripción se unan a regiones que encienden genes específicos en el genoma de una planta. Cuando vimos que este gen se producía hasta ocho veces más cuando la bacteria infectaba la planta silvestre, y que había reportes en otras plantas que lo relacionaban con defensa de enfermedades, nos dimos a la tarea de estudiar qué ocurría en la especie silvestre si anulábamos o silenciábamos ese gen, como parte del análisis funcional de los genes”.

Posteriormente, la estudiante de doctorado Mayra Esparza (actualmente investigadora en la Fundación Produce Sinaloa), con el apoyo de los doctores Bernardo Bañuelos y Gerardo Rafael Argüello Astorga, de la División de Biología Molecular de Ipicyt, desarrollaron una molécula de doble cadena de ADN basada en un virus de plantas para generar un “vector de silenciamiento mediado por virus (VIGS, por sus siglas en inglés)”, conocido como ToMoV modificado, para poder “apagar” el gen SCE1 con la misión de conocer con exactitud su funcionalidad.

El proceso de apagado de ese gen con el vector de silenciamiento se basa en utilizar la capacidad de replicación de los virus para producir ARN de doble cadena. Proceso que percibe la planta, y que ocasiona en esta el despliegue de una estrategia que corta en pedazos esa doble cadena, apagando así el gen de estudio o gen objetivo.

“Mayra logró apagar el gen reduciendo la producción de la proteína SUMO, de manera que al reducir la expresión de dicho gen e infectar la planta con Cmm, los tomates silvestres se volvían susceptibles a la enfermedad. El análisis funcional nos indicó que este gen tenía algo que ver con la defensa de la planta. El paso siguiente consistió en la producción de grandes cantidades de este gen (o sobreexpresión) en especies comerciales”, declaró el investigador en entrevista.

La estudiante Mireya Rodríguez comenzó a trabajar con el gen SUMO en tomates comerciales hasta obtener una segunda generación de tomates con los que la investigadora Norma Luna trabajó para descubrir que las plantas se habían vuelto tolerantes a la enfermedad. La sobreexpresión genética del gen obtenido de tomates silvestres mediante transgénesis, permitió al tomate comercial de prueba experimental desarrollar una mejor defensa ante la enfermedad.

“Hasta ahora tenemos un tomate biotecnológico al que necesitamos hacerle algunas pruebas más, pero que sabemos puede tolerar el cáncer bacteriano, que es un grave problema que no puede combatirse con control químico ni con otras estrategias. Otra de las cosas que también estamos investigando a la par es el control biológico, buscando bacterias benéficas que compitan contra esta bacteria patógena, y una estudiante de maestría, Ana Luz, logró aislar unas bacterias de la rizósfera del mezquite (la raíz) de los géneros Bacillus y Pseudomonas que in vitro observamos su funcionalidad para controlar el cáncer”.

El equipo de investigación realizó pruebas de control biológico con esas bacterias de mezquite en campos del estado de San Luis Potosí que ya se encontraban infectados de ciclos de cultivos anteriores, y al aplicarse en fases tempranas del cultivo, se confirmó que la propagación de la Clavibacter michiganensis era controlada. Sin embargo, esta estrategia de control biológico tiene mejores resultados como estrategia preventiva y no como recurso correctivo.

“La idea es que en colaboración con la Junta Local de Sanidad Vegetal del Valle de Villa de Arista, podamos desarrollar un producto que se registre ante la Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios (Cofepris). De hecho, con ellos ya hemos elaborado otro producto que controla hongos, y ya estamos por registrarlo, pero en este caso particular, son bacterias, bacilos y pseudomonas que controlan el cáncer bacteriano”.

Los riesgos del mañana

El equipo dirigido por el doctor Alpuche Solís también ha trabajado de la mano con el doctor Francisco Elihú Bautista Redonda, del Consorcio de Investigación, Innovación y Desarrollo para las Zonas Áridas (CIIDZA), ya que su trabajo está enfocado en el aislamiento de ciertos compuestos de la planta de chía que, según algunos ensayos preliminares, tienen potencial para controlar el cáncer bacteriano.

La estrategia de combate consiste en atacar la enfermedad por tres puntos: por control biológico con bacterias, con extractos de plantas como la de chía y mediante la creación biotecnológica de plantas que produzcan una gran cantidad de algún gen propio del tomate (conocidas como plantas cisgénicas), para que entonces la planta se defienda.

Un aspecto importante de resaltar es la confianza que el equipo de trabajo del doctor Alpuche Solís ha generado a lo largo de casi dos décadas con los agricultores de todo el estado de San Luis Potosí, lo cual les ha abierto las puertas de una parte del sector productivo agrícola de la región para realizar experimentos en campo y hacer “parcelas demostrativas” para que el resto de los agricultores se animen a invertir en investigación aplicada. 

“Las bacterias siempre han convivido con las plantas. La bacteria Clavibacter ha sido detectada desde hace mucho tiempo en Europa y Estados Unidos, y los viajes y la comercialización de semillas han facilitado la propagación de esta enfermedad. Llegan semillas contaminadas que se siembran, y ya en semillas es difícil controlar el patógeno que se ha esparcido por todo el país. De hecho, actualmente existe una cuarentena en Europa por la enfermedad, que ha causado que para la comercialización del tomate se tengan que hacer análisis forzosos para verificar que el tomate esté libre de la bacteria”, explica el doctor Alpuche Solís. 

Según el investigador, incluso las mismas personas involuntariamente facilitan la propagación de la bacteria con el simple contacto con plantas enfermas, donde incluso las herramientas, la maquinaria y la ropa facilita la expansión de la infección. Claro que las medidas de sanidad preventiva ayudan a controlar la infección (como la limpieza con sales cuaternarias de amonio o no entrar a invernaderos si se ha visitado sembradío  a cielo abierto con alta probabilidad de enfermedad). Pero el problema está, según el investigador, en que la bacteria actualmente se encuentra en muchos de los invernaderos del estado.

Dale clic al siguiente  enlace y checa el video en Youtube sobre transgénesis.

“Al menos aquí en la región (San Luis Potosí), muchos tienen presencia de cáncer bacteriano. Y se controla quizá erradicando la planta que se encuentre enferma o tratando de usar semillas certificadas. Pero casi podría asegurar que si hago un muestreo en todo el estado, vamos a encontrar un alto porcentaje de cáncer bacteriano en los cultivos de tomate aun en invernadero”.

La implementación en todo el país de esquemas de agricultura protegida para el cultivo de tomate, que ya casi no se siembra a cielo abierto en México a causa de la enfermedad, es una buena medida de prevención. Sin embargo, si no se invierte en programas de manejo integrado de plagas y campañas de prácticas culturales y monitoreo continuo desde semilla y plántula, la infección no solo podría afectar el cultivo en invernadero sino también esparcirse incluso en las variedades silvestres de tomate, afirma el investigador.

Y a causa de que no se cuenta con un inventario completo de todos los tomates silvestres que hay en el país, que son una fuente importante del germoplasma (material genético base para la generación de nuevos individuos y conservación de alelos raros indispensables para la diversidad y tolerancia a estrés biótico y abiótico), la opción más viable es la preservación de dichos tomates silvestres y evitar el contacto continuo de la bacteria con ellos, pues el proceso de coevolución podría llevar a que ahora se infecten y perder un material valioso.

“México es uno de los principales productores de tomate, por lo que no controlar el cáncer bacteriano afectaría a muchos agricultores, al pago de mano de obra, etcétera, pero espero que las autoridades sigan invirtiendo en ciencia para poder desarrollar estrategias de monitoreo y de control, no solo de esta bacteria sino de otras que también nos encontramos estudiando y monitoreando en Lanbama conjuntamente con la JLSV, como Candidatus Liberibacter solanacearum que puede ser una amenaza muy grande para el tomate”.

Candidatus Liberibacter asiaticus (otra especie) es un problema muy grave para cítricos en México y en el mundo y la especie que ataca solanáceas ya se ha detectado en la región Centro-Norte de México y ha demostrado ser altamente destructiva al menos para papa y podría serlo para el tomate.

 

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