Un estudio genético en árboles de hoja perenne gigantes revela evidencia de resistencia a las plagas

Investigaciones recientes sobre un grupo de árboles de hoja perenne gigantes están ayudando a los científicos a comprender mejor por qué algunos árboles pueden sobrevivir frente a las plagas de insectos, y los bosques pueden ayudar a producir árboles con la resistencia necesaria para sobrevivir frente a los desafíos nuevos y emergentes para la salud forestal. .

El sujeto de la disputa es un grupo de Sitka abetosGigantes costeros que pueden vivir durante cientos de años y crecer hasta 300 pies de altura en la costa occidental desde California hasta Alaska. La mayoría de Sitka los árboles vulnerable a una plaga hambrienta llamada Abeto El gorgojo puede atrofiar el crecimiento de los árboles, causar deformidades y eventualmente matarlos.

Sin embargo, los silvicultores han descubierto un pequeño grupo de árboles de Sitka con resistencia natural a las plagas. En un nuevo análisis, un investigador de la Universidad Estatal de Carolina del Norte dirigió un estudio para identificar patrones en cómo se expresan los genes en árboles resistentes que pueden permitirles resistir al picudo del abeto. Los hallazgos, publicados en Journal of Plant Environment Interactions, podrían ayudar a los investigadores a generar resistencia.

El resumen (TA) habló con el autor principal del estudio, Justin Whitehill, profesor asistente en el Departamento de Recursos Forestales y Ambientales de Carolina del Norte, sobre los hallazgos. Whitehill también lidera el Programa de Genética de Árboles de Navidad de Carolina del Norte, que está trabajando para identificar genes y rasgos que pueden usarse para criar árboles de Navidad mejorados genéticamente en Carolina del Norte.

Amer: ¿Qué tan común es la resistencia natural a esta plaga en el abeto de Sitka?

Whitehill: el abeto de Sitka puede vivir cientos de años en la costa oeste para convertirse en árboles gigantes. Algunos de los abetos más grandes tienen más de 300 pies de altura y casi 1.000 años de antigüedad. Dado que tienen un largo tiempo de generación, les resulta difícil desarrollar rápidamente una resistencia a las plagas y enfermedades.

En términos de resistencia, los genetistas forestales que trabajan en Columbia Británica, Canadá, señalan que una pequeña cantidad de abeto Sitka crece bien, incluso si se encuentran en áreas con altos niveles de infestación de ácaros. Los genetistas han trabajado para combinar estos árboles con su programa de mejoramiento para desarrollar cultivares resistentes. Este trabajo se ha realizado durante décadas. Solo recientemente hemos comenzado a comprender cómo los árboles pueden resistir el ataque de esta plaga.

Amer: ¿Qué se sabe ya sobre la resistencia natural de estos árboles?

Whitehill: a principios de la década de 2010, un tipo de célula especializada llamada células de piedra se reconoció por primera vez como un factor que contribuye a la resistencia contra el gorgojo del abeto. Si alguna vez ha comido una pera, su textura arenosa se debe a la presencia de células de piedra. En la picea de Sitka, es muy rugosa, lo que significa que es muy similar a las células leñosas, haciéndola dura o dura. Una de las primeras señales que algunas personas notaron al intentar propagar árboles fue que era mucho más difícil cortarlos. Como resultado, sus cuchillos se corroyeron más rápidamente que los que se erosionaron en árboles susceptibles. Las áreas que la gente cortaba eran los mismos lugares donde el gorgojo solía pasar el rato y completar su ciclo de vida. Al final, esa área se llenó de celdas de piedra.

Amer: ¿Qué mostró el análisis genético sobre la resistencia?

White Hill: La gran historia es que el árbol resistente estaba bien defendido contra el gorgojo mucho antes de que ocurriera el ataque. Parece que los genes ya se han cambiado a la posición «activada», por lo que las defensas siempre están ahí, siendo la defensa principal una gran cantidad de células de piedra.

Otro descubrimiento interesante es que identificamos un grupo de genes pertenecientes a hongos que estaban constantemente presentes en árboles resistentes y susceptibles al ataque del gorgojo. Creemos que esto significa que los árboles resistentes y los árboles sensibles están siendo atacados por un gorgojo que alberga una comunidad fúngica natural. Esta interacción no detectada previamente podría tener efectos negativos en la supervivencia de los ácaros.

Es posible que existan interacciones ambientales complejas adicionales que deban explorarse más a fondo. Gracias al uso de nuevas herramientas moleculares, ahora estamos comenzando a pintar una imagen más completa de este complejo sistema.

Aamir: ¿Hubo algo en el genoma de la picea de Sitka que hizo que estos árboles fueran difíciles de estudiar?

White Hill: Uno de los desafíos de estudiar los genomas de una picea, o cualquier conífera, es que su genoma es de siete a ocho veces el tamaño del genoma humano, en promedio, con alrededor de 21 a 22 mil millones de pares de bases de código genético. . Las coníferas no solo tienen genomas enormes, sino que también tienen estos fragmentos muy largos de código genético que se repiten muchas veces en todo el genoma. Esto dificulta la secuenciación de segmentos genéticos.

El espacio genético tampoco ha sido bien evaluado y definido en las coníferas. Si piensas en el genoma humano, el Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990 y costó miles de millones antes de que se publicara el borrador final del genoma humano en 2003. En el caso de la picea de Sitka, tuvimos que basar nuestros hallazgos en el siguiente mejor -organismo estudiado para averiguar qué pueden hacer los genes. La mayoría de los genes de las plantas que se han validado funcionalmente se encuentran en una planta joven de mostaza llamada Arabidopsis. Basamos la función del gen pineal en genes de Arabidopsis.

Amer: ¿Por qué es importante estudiar este abeto en particular?

Whitehill: el abeto de Sitka es una especie costera que se encuentra principalmente en el Océano Pacífico al noroeste de Canadá a través de la parte norte de California y en toda la costa de Alaska. Desde un punto de vista económico, se ha cultivado como fuente de madera en toda la costa de la Columbia Británica, pero debido a esta plaga, su uso en la agricultura se ha reducido en los últimos 30 años o más.

El árbol que utilicé en mi estudio proviene de un grupo de árboles muy susceptibles al gorgojo. Sin embargo, estos árboles crecen muy rápido y tienen una madera de muy buena calidad. Debido a su rápido crecimiento y buena madera, estos árboles fueron traídos de regreso a Inglaterra en el siglo XIX y ahora forman la base de la industria forestal de Inglaterra.

El objetivo final de este proyecto, y mi plan para el Programa de Genética de Árboles de Navidad del Estado de Carolina del Norte, es aplicar técnicas y herramientas genómicas avanzadas para comprender cómo los árboles toleran el estrés, identificar los mecanismos subyacentes que apoyan la resistencia y, en última instancia, utilizar el nuevo genoma. . Un enfoque para el desarrollo rápido de árboles resistentes a las plagas y garantizar su supervivencia a largo plazo frente a los crecientes desafíos para la salud de los bosques.