Una investigación internacional con participación del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS-CSIC) ha identificado la base molecular que explica la defoliación causada por Verticillium dahliae, un hongo responsable de importantes pérdidas de rendimiento en cultivos como olivo y algodón, y cuya presencia está ampliamente extendida por la cuenca mediterránea.
El estudio, publicado en Nature Communications, identifica por primera vez los genes responsables de la elevada virulencia de las cepas más agresivas del patógeno. El hallazgo supone un avance para mejorar el diagnóstico de la infección, reforzar la vigilancia de cepas peligrosas y desarrollar futuras estrategias de resistencia frente a esta enfermedad.
Cómo infecta Verticillium dahliae al olivo y al algodón
Verticillium dahliae es un patógeno fúngico responsable de la verticilosis o enfermedad del marchitamiento vascular, una de las enfermedades más destructivas para numerosas plantas dicotiledóneas, entre ellas el olivo, el algodón, el tomate o el pistacho.
Este hongo habita en suelos de todo el mundo y penetra en la planta a través de las raíces. Una vez dentro, coloniza los vasos del xilema, dificultando el transporte de agua y provocando síntomas como marchitamiento, retraso del crecimiento, clorosis y defoliación prematura, factores que reducen significativamente la productividad de los cultivos.
«El control del marchitamiento por Verticillium es notoriamente difícil», señala la investigadora del IAS-CSIC Carmen Gómez-Lama Cabanás. «En algodón, olivo o pistacho, ciertas cepas de V. dahliae pueden causar síntomas graves. Estas cepas, que los científicos denominan patotipo D, están en aumento y plantean una amenaza significativa para las plantaciones de algodón y olivo en todo el mundo».
Los genes responsables de la mayor virulencia del hongo
Hasta ahora se desconocía la base genética que hacía al patotipo D mucho más agresivo que otras variantes de Verticillium dahliae. También existía un intenso debate científico sobre el origen de las diferencias entre las cepas capaces de provocar defoliación y aquellas que no la producen.
Para resolver esta cuestión, el equipo combinó genómica comparativa, genética funcional, análisis estructural y filogenómica, lo que permitió identificar el determinante molecular responsable de la defoliación.
«Identificamos una pequeña región genómica específica del patotipo que causa efectos más graves, y vimos que codifica dos genes efectores secretados duplicados», explica Gómez-Lama.
Los genes efectores producen proteínas que modifican la fisiología de la planta para facilitar la infección. Según los experimentos, eliminar simultáneamente ambos genes hizo desaparecer tanto la patogenicidad como la defoliación en algodón, olivo y en las plantas modelo Nicotiana benthamiana y Arabidopsis thaliana, ampliamente utilizadas en investigación en biología vegetal.
«La eliminación simultánea de ambas copias de genes abolió la patogenicidad y la defoliación en algodón y olivo, así como en Nicotiana benthamiana y Arabidopsis thaliana. Además, las deleciones simples redujeron la virulencia y la complementación genética restauró los síntomas de la enfermedad», indica la investigadora del IAS-CSIC.
En sentido contrario, introducir estos mismos genes en cepas no defoliantes fue suficiente para que adquirieran la capacidad de provocar la pérdida de hojas.
Un paso hacia cultivos más resistentes
Aunque el descubrimiento no tendrá una aplicación inmediata en el manejo agrícola, sí proporciona una nueva herramienta para el desarrollo de variedades resistentes frente a Verticillium dahliae.
Los investigadores proponen que los programas de mejora genética busquen germoplasma capaz de reconocer esta proteína efectora, ya que podría contener genes de resistencia específicos frente a las cepas más agresivas del hongo.
«Tras la identificación de la proteína responsable, el siguiente paso es estudiar mejor su mecanismo de acción a nivel molecular para comprender cómo contribuye al desarrollo de la enfermedad y al proceso de defoliación», explica Bart Thomma, profesor de Microbiología Evolutiva de la Universidad de Colonia.
Por su parte, Luigi Faino, investigador de la Universidad Sapienza de Roma, considera que «si contamos con colaboración empresarial, en un plazo de 10 años podríamos ver las primeras plantas de algodón modificadas genéticamente para una mejor resistencia a esta cepa».
El trabajo aporta una explicación molecular a uno de los principales interrogantes sobre la verticilosis del olivo y del algodón y sienta las bases para desarrollar nuevas estrategias de diagnóstico, vigilancia y mejora genética frente a uno de los hongos fitopatógenos con mayor impacto sobre la agricultura mediterránea.
