El escarabajo de la papa de Colorado es una plaga importante en América del Norte que puede reducir los rendimientos de papa en un 30-50% si no se controla. Históricamente, el control se ha basado en gran medida en el uso de pesticidas, pero se ha informado de fallas en el control químico contra el escarabajo de la papa de Colorado para la mayoría de las clases principales de insecticidas sintéticos.
esde la década de 1980, sabemos que Solanum chacoense, una especie silvestre de Argentina, era altamente resistente al escarabajo de la papa de Colorado. Los criadores estadounidenses y canadienses han intentado criar variedades resistentes a los escarabajos, pero ha sido difícil transferir la fuerte resistencia que vemos en los parientes silvestres a variedades comerciales.
La Universidad Estatal de Michigan ha seguido los pasos de los investigadores anteriores de la papa y ha estado trabajando en este desafío utilizando herramientas de investigación optimizadas en la papa durante más de una década, como la genómica y la edición de genes. La combinación de estas herramientas con una nueva estrategia de mejoramiento que simplifica el mejoramiento de la papa nos ha permitido realizar avances que ponen al alcance de la mano variedades resistentes a los escarabajos.
Los parientes silvestres de la papa fabrican naturalmente sus propios compuestos insecticidas para mantener a raya a plagas como el escarabajo de la papa de Colorado. Diferentes especies silvestres producen versiones únicas de estos compuestos conocidos como glicoalcaloides. Algunos son tan efectivos que causan mortalidad en las larvas del escarabajo de la patata de Colorado y reducen drásticamente la alimentación de los escarabajos adultos.
La producción de glicoalcaloides en las hojas de papa es ventajosa para ahuyentar a los escarabajos hambrientos, pero el consumo de grandes cantidades de glicoalcaloides puede provocar efectos adversos para la salud de los seres humanos. Por esta razón, el profesor David Douches y la estudiante de posgrado Natalie Kaiser de la Universidad Estatal de Michigan están trabajando para crear variedades de papa que sinteticen un poderoso glicoalcaloide llamado leptina solo en las hojas de la papa.
Al comparar el perfil químico de cientos de papas individuales con su resistencia al escarabajo de la papa de Colorado en el campo, Kaiser también encontró firmas químicas que podrían predecir el rendimiento en el campo. Esto significa que los criadores pueden seleccionar papas resistentes con una simple medición química en lugar de tener que realizar una prueba de campo.
Los investigadores han intentado introducir la producción de potentes glicoalcaloides de leptina en cultivares de papa antes y se han topado con varios obstáculos. Para empezar, hay una gran cantidad de genes que controlan los tipos y cantidades de glicoalcaloides que producirá cualquier variedad de papa. Obtener la combinación exacta de genes es crucial. Para rastrear mejor a todos los jugadores genéticos, el laboratorio de Douches secuenció todo el genoma de estas papas silvestres que son resistentes al escarabajo de la papa de Colorado y las que son susceptibles a la plaga. Luego, Kaiser identificó cambios clave a nivel de ADN entre las papas que explicaban las diferencias en su perfil químico y la simpatía del escarabajo de la papa de Colorado.
Ahora que conocemos el conjunto de genes necesarios para hacer que una planta de papa sea resistente, el próximo desafío es transferir todos los genes a un cultivo de papa con otras buenas características, como un alto rendimiento y una apariencia de tubérculo deseable, mediante polinización cruzada. Este proceso se complica por el hecho de que los cultivares de papa tienen cuatro copias de cada gen. Para hacer las cosas más complejas, cada una de las cuatro copias puede ser una versión diferente del gen. Es difícil asegurarse de que las cuatro copias de los genes que nos interesan sean la copia deseable necesaria para la resistencia.
Una estrategia para superar este problema es trabajar con papas que, naturalmente, solo tienen dos copias de cada gen, que se conocen como papas diploides. Muchos parientes silvestres de la papa, incluidos los tipos resistentes al escarabajo de la papa de Colorado que producen leptinas, son diploides. A través de la autopolinización, Kaiser ha podido desarrollar líneas diploides consanguíneas con fuerte resistencia al escarabajo de la patata de Colorado. Estas líneas endógamas diploides simplifican el proceso de reproducción porque los rasgos se reproducen verdaderos, como los dos padres en un híbrido de maíz. Podemos rastrear más fácilmente cómo se heredan los genes que afectan la resistencia a los escarabajos porque conocemos la copia de cada gen que transmitirán a su descendencia.
Curiosamente, ¡estas son las primeras líneas endogámicas seleccionadas para un rasgo de resistencia específico en la papa! Hemos cruzado estas líneas hacia nuestras mejores líneas de reproducción. En 2021, el equipo de MSU examinará la descendencia de estos cruces en el campo y buscará identificar individuos que tengan buenas características de tubérculos combinadas con la resistencia al escarabajo. Al trabajar con líneas endogámicas, también podemos comenzar a combinar la resistencia a los escarabajos con otros rasgos, como la resistencia a las enfermedades.
Además, en este sistema genético más simple, el laboratorio de Douches está utilizando herramientas genéticas modernas como la edición del genoma. Kaiser está utilizando la edición del genoma para desactivar selectivamente los genes, ya sea uno a la vez o en combinación, para determinar si son necesarios para la protección de las plantas. Es importante señalar que este método desactiva los genes que se encuentran naturalmente en la papa y no se introducen genes extraños.
Debido a que el escarabajo de la papa de Colorado es conocido por vencer rápidamente incluso los pesticidas más nocivos, Douches recomienda que esta resistencia de la planta huésped se implemente en un esquema de MIP para extender la vida útil de esta valiosa herramienta.
- Dave Douches, Ph.D., es profesor en el Departamento de Ciencias Vegetales, del Suelo y Microbianas de la Universidad Estatal de Michigan. Ha dirigido el programa de mejoramiento y genética de papa de la MSU durante más de 30 años. Natalie Kaiser es Ph.D. candidato en el Departamento de Plantas, Suelos y Ciencias Microbianas de MSU estudiando mejoramiento y genética de la papa.