Maíz: identifican genes que ayudan a resistir enfermedades de la espiga

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Fusarium verticillioides, Fusarium graminearum y Ustilago maydis son enfermedades de la espiga del maíz (Zea mays L.) que representan un riesgo para la producción. Por esto, un equipo de especialistas del INTA Pergamino se enfoca en el estudio del genoma del cereal para detectar e identificar genes comunes y vías metabólicas que se activan frente a estos tres patógenos. A futuro, este hallazgo permitirá avanzar en el desarrollo de variedades con resistencia múltiple, capaces de sostener rendimientos y mejorar la inocuidad del grano.

Desde 2002, Juliana Iglesias, especialista en genética vegetal del INTA, avanza en la comprensión de los mecanismos moleculares que explican la resistencia del maíz frente a patógenos de alto impacto productivo y sanitario. A partir de un análisis transcriptómico de gran escala, la investigación identificó genes comunes asociados a la defensa contra enfermedades de la espiga que comprometen tanto el rendimiento como la calidad de los granos.

El equipo coordinado por Iglesias suma evidencia estratégica para seleccionar genes candidatos aplicables a futuros programas de mejoramiento genético. Al identificar rutas defensivas compartidas frente a enfermedades de la espiga, la investigación abre la puerta a diseñar maíces más resilientes y con mayor estabilidad productiva.

“Con estos resultados, podremos identificar y estudiar los genes que se activan en la respuesta a múltiples enfermedades para mejorar la resistencia a enfermedades en maíz”, expresó la bióloga del INTA.

En este contexto, Andrea Peñas Ballesteros —en el marco de su tesis de maestría en Bioinformática y Biología de Sistemas de la Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires (UNNOBA)— se enfocó en la interacción entre el maíz y esos tres patógenos críticos: Fusarium verticillioides y Fusarium graminearum provocan podredumbres que afectan el llenado de la espiga y, además, generan micotoxinas —como fumonisinas y deoxinivalenol— que pueden ingresar a la cadena alimentaria. Por otro lado, Ustilago maydis —causante del carbón del maíz— altera severamente los tejidos de la espiga y reduce la producción, afectando la uniformidad y el valor comercial del cultivo.

A diferencia de los estudios tradicionales centrados en una sola enfermedad, el trabajo abordó la resistencia múltiple mediante un metaanálisis de datos transcriptómicos de alta calidad provenientes de bases públicas. El objetivo fue identificar genes y procesos biológicos que se activan de manera común frente a patógenos con estilos y estrategias de infección diferentes.

El trabajo cobra mayor importancia al comprender que el ADN del maíz está formado por 32.000 genes insertados en 10 cromosomas. Esto confirma lo complejo que es el genoma del cereal, debido a que el 85 % de sus secuencias genómicas se repiten múltiples veces.

A partir de estos datos se está realizando una priorización de genes candidatos mediante un algoritmo de aprendizaje automático y, a la par, se están comparando con estudios previos de Genome-Wide Association Study (GWAS, por sus siglas en inglés) o Estudio de Asociación del Genoma Completo. Iglesias indicó que “se clasificaron un estimado de 400 genes que podrían estar asociados en la resistencia múltiple y están siendo evaluados en estudios funcionales a campo”.

Los genotipos resistentes presentaron una respuesta de defensa más efectiva y equilibrada entre la defensa y el metabolismo primario, manteniendo la integridad celular y limitando la infección. Y los genotipos susceptibles mostraron una respuesta menos eficaz, con un conflicto metabólico que prioriza la defensa a expensas del crecimiento y estabilidad fisiológica.

El metaanálisis permitió compilar, estandarizar y comparar simultáneamente las respuestas del cultivo de maíz frente a esos tres patógenos con estilos de patogénesis marcadamente diferenciados.

“El análisis permitió obtener una visión integral de los mecanismos defensivos del maíz, más allá de la respuesta puntual a un patógeno”, explicó Iglesias, quien dirigió la tesis de maestría junto con Agustín Baricalla —bioinformático y genetista del Conicet—. En ese sentido, los resultados aportan información clave sobre los llamados hotspots de resistencia: regiones del genoma donde se concentran genes que confieren resistencia simultánea a varias enfermedades.

“Este hallazgo abre nuevas oportunidades para el mejoramiento genético del maíz”, señaló Iglesias, a la vez que puntualizó: “El conocimiento preciso de qué genes se activan y cómo interactúan frente a distintos patógenos permite acelerar los programas de mejoramiento mediante la comprensión de la interacción maíz-patógenos y la selección asistida por marcadores moleculares o incluso la edición génica. Una estrategia que reduce tiempos y costos”.