Las papas y los tomates se cuentan entre los alimentos más populares del mundo, pero son susceptibles de sufrir graves enfermedades vegetales que causan grandes pérdidas en las cosechas.
Se calcula que la plaga del tizón tardío es responsable de daños en los cultivos por valor de 6.500 millones de dólares al año en todo el mundo.
En un nuevo estudio que acaba de publicarse en la revista The Plant Journal, editada por la Sociedad de Biología Experimental, organización sin ánimo de lucro, investigadores de la Facultad de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente de la Universidad Hebrea de Jerusalén (HU) utilizaron un nuevo sistema de sensores moleculares capaz de penetrar en las células vegetales e identificar posibles enfermedades.
Detectar infecciones vegetales para contribuir a la seguridad alimentaria mundial
Dado que las patatas desempeñan un papel crucial en la seguridad alimentaria mundial, los investigadores trabajaron en el desarrollo de un método que permitiera la detección precoz de estas infecciones vegetales. El estudio fue dirigido por el estudiante de doctorado Matanel Hipsch bajo la supervisión del Dr. Shilo Rosenwasser, profesor titular y adjunto de la facultad, situada en Rehovot.
“El desarrollo de herramientas biotecnológicas avanzadas para la detección precoz de enfermedades de las plantas puede conducir a un futuro avance de la investigación en la comprensión del proceso de patogenicidad, mejorando así la seguridad alimentaria al minimizar los daños a la agricultura mundial”, explicó Rosenwasser.
La nueva técnica hace posible la detección precoz de diversas enfermedades dañinas en las hojas de las plantas con la ayuda de un simple e inofensivo escáner externo. Utilizando métodos de ingeniería genética, los investigadores produjeron nuevas variedades de patatas que crean proteínas especiales enviadas a distintas regiones de las células de la planta. Como parte del proceso, la proteína actúa como un sensor biológico único que puede enviarse, por ejemplo, a los cloroplastos de las células vegetales donde se produce la fotosíntesis.
“En sus primeras fases, es difícil identificar la enfermedad porque no se aprecian signos externos en la hoja”, explicó Hipsch. “En nuestro estudio anterior, vimos que el uso de sensores moleculares dentro de los sistemas biológicos de las patatas es especialmente eficaz para identificar condiciones de estrés incluso antes de que se haya causado daño a la planta”.
Utilizando cámaras sensibles capaces de captar las señales enviadas desde el sensor, pudieron obtener información espacial a nivel de toda la planta. Según los investigadores, las imágenes producidas por las cámaras ayudaron a monitorizar el estado fisiológico de la planta a lo largo del desarrollo del tizón tardío en la patata.
Los resultados de la investigación revelaron que el uso de la proteína como sensor biológico era capaz de detectar las zonas enfermas de las hojas incluso durante las primeras fases invisibles. Estos hallazgos también llevaron a los investigadores a colaborar con el Dr. David Helman, del departamento de ciencias del suelo y del agua de la HU, para desarrollar un algoritmo basado en IA capaz de analizar las imágenes fluorescentes y distinguir entre las hojas sanas y las infectadas.
“Hemos visto que las plantas infectadas por el tizón tardío hacen que la proteína salga del cloroplasto y se acumule fuera de él”, explicó Hipsch. “Esta salida provocó un cambio en las propiedades fluorescentes de la proteína, lo que ayudó a identificar los puntos de penetración del patógeno en la hoja”.
Uno de sus hallazgos más fascinantes sugirió que las zonas infectadas por el tizón tardío se caracterizan por una mayor actividad fotosintética en comparación con el resto de la hoja. Los investigadores explicaron que estos resultados indican cómo el patógeno mantiene e incluso mejora la productividad de la hoja en las primeras fases de la enfermedad para “disimular” su desarrollo en la planta.
Según el equipo, el nuevo método puede utilizarse para estudiar en profundidad los mecanismos de resistencia al tizón tardío, así como para explorar y detectar posibles sustancias que mejoren la resistencia de las plantas.
