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Gen

Inteligencia vegetal

Caña de azúcar genéticamente modificada tiene propiedades insecticidas únicamente cuando los insectos la atacan

Una de las principales plagas que asolan los cultivos de caña de azúcar es el barrenador de la caña (Diatraea saccharalis), un insecto que penetra en el interior de la planta y cava galerías internas, ocasionando así grandes pérdidas a los productores. Para controlar a este enemigo eficazmente, investigadores de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) de la Universidad de São Paulo (USP), con sede en la ciudad de Piracicaba, lograron llegar mediante una modificación genética a una caña que libera proteínas con actividad insecticida solamente en situaciones de ataque del barrenador de la caña.

La senda que lleva a producir una planta con tales características empezó con un detallado estudio y una caracterización de los genes de la caña de azúcar para saber cuáles se activaban exclusivamente debido a la acción de insectos. Una vez cumplida esta etapa, era necesario descubrir la secuencia de ADN que activaba dichos genes, los llamados promotores, que permiten la expresión del gen en el momento en que sea preciso. “Un gen sin promotor es un gen inactivo, un seudogen”, dice el profesor Márcio de Castro Silva Filho, del Laboratorio de Biología Molecular de Plantas, del Departamento de Genética de la Esalq, coordinador de la investigación.

Para expresar nuevos genes en el cultivo de la caña, con potencial sobre el barrenador, los investigadores recurrieron al Departamento de Agricultura de Estados Unidos, que posee varios promotores patentados. En 1998, a la época del comienzo de la investigación, no existían promotores de caña disponibles en Brasil. Los investigadores brasileños suscribieron un protocolo en el cual se comprometían a usar la secuencia de promotores únicamente para investigaciones de laboratorio. “Cuando recibimos el material, empezamos a hacer construcciones génicas, es decir, pusimos los promotores detrás de los genes responsables de incrementar las defensas de la planta contra el barrenador, dice Silva Filho. De esta manera, los investigadores lograron generar plantas consideradas transgénicas que expresaban las proteínas de defensa. Y así lograron probar que las plantas asociadas a los promotores realmente poseían una resistencia mayor contra el ataque de la broca, principal responsable, junto a otras plagas de los cañaverales, de las pérdidas de alrededor de 500 millones de dólares anuales que padecen los productores brasileños. Esta caña es considerada transgénica, aunque los promotores sean de la propia especie, pues se los aisló del genoma de la planta y se los introdujo en ella posteriormente.

El ciclo del barrenador en el cañaveral comienza con las pollillas, que ponen pequeños huevos en la parte inferior de las hojas. Cuando los huevos se abren salen minúsculas larvas, de entre uno 1 y 2 milímetros, que caminan en dirección a la zona cercana al tallo de la planta, donde penetran y se alimentan con la pulpa carnosa y dulce. Dentro de la caña, las larvas van mudando de fase hasta llegar a los 3 ó 4 centímetros, cuando salen de la planta, se transforman nuevamente en pollillas y comienza así un nuevo ciclo de vida del insecto. Las galerías que hacen estos insectos masticadores ocupan prácticamente todo el interior de la planta, provocando la disminución de la masa vegetal y fallas en la germinación, entre otros daños.

Los orificios abiertos por los barrenadores también constituyen la puerta de entrada para hongos que causan la pudrición roja, una enfermedad responsable de la merma de la producción de sacarosa. Cuando la materia prima se destina a la producción de alcohol, el problema es aún más grave, pues los microorganismos invasores contaminan el jugo y compiten con las levaduras en la fermentación.

Para combatir al barrenador de la caña, las grandes centrales procesadoras de azúcar y alcohol producen en sus laboratorios pequeñas avispas (Cotesia flavipes), que liberan en el campo para que parasiten a las orugas. Los pequeños productores no logran hacer el control biológico pues no hay una producción suficiente de avispas en escala comercial; y eso sin contar que éstas deben liberarse en la plantación en las condiciones ideales de temperatura y cantidad para que surtan el efecto deseado. Y a partir del momento en que el barrenador penetra en la caña las pérdidas son inevitables, pues en esta fase no se puede ya recurrir al control biológico ni al químico, debido al alto costo de los insecticidas y a la baja eficiencia de los productos, incapaces de atacar a las orugas en el interior de la planta.

Promotores específicos – Luego de confirmar que las plantas con los promotores incrementaban su resistencia contra la plaga, los investigadores se vieron ante un nuevo desafío. Necesitaban descubrir nuevas secuencias de ADN aún no patentadas que hicieran que los genes expresaran la defensa contra los ataques de los insectos. Y además querían promotores específicos, distintos a los descubiertos por los estadounidenses y cedidos para la investigación, llamados de promotores constitutivos, que se expresan todo el tiempo a lo largo del ciclo de vida de la caña. “A este tipo de promotor que están utilizándolo las empresas de biotecnología en las plantas transgénicas con resistencia a insectos”, dice Silva Filho.

La investigación realizada en la Esalq tenía de entrada el objetivo de detectar en la caña promotores de genes que se activaban únicamente cuando la planta era atacada por la oruga. Después de tres años de estudio, los investigadores lograron descubrir al promotor que controla la expresión de defensa del gen, denominado sugarina. A continuación se llevó a cabo un trabajo de clonación de dicho promotor y se depositó en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) una solicitud de patente con el apoyo de la FAPESP, a través del Programa de Apoyo a la Propiedad Intelectual (Papi).

“El promotor de la sugarina tiene un gran potencial biotecnológico, porque creemos que éste funciona de manera similar a otras plantas parientes de la caña, como el maíz y el arroz”, dice Silva Filho. Cuando la planta no es atacada por el insecto, es igual a una planta convencional, que no ha pasado por ninguna modificación genética, de una forma diferente que en los caso de las variedades de maíz y algodón transgénicos resistentes a insectos, habilitados para su comercialización en Argentina, China y Estados Unidos, que utilizan básicamente genes aislados desde una bacteria del suelo llamada Bacillus thuringiensis (BT). Estas plantas producen una toxina, derivada de un gen bacteriano, durante todo el ciclo de la planta, aun cuando no estén bajo ataque.

La diferencia de la caña de la Esalq con relación a otras plantas transgénicas quedó comprobada en varios experimentos que evaluaron las situaciones en que el gen de defensa se expresaba. Uno de ellos consistía en hacerle un tajo a la planta, rasgando la hoja, por ejemplo. “Normalmente, buena parte de los genes de defensa que se activan mediante la acción insectos también entran en acción cuando se produce una herida”, dice Silva Filho. En el caso de la caña modificada con el promotor de la sugarina, la planta responde únicamente al insecto. Los investigadores todavía no saben con seguridad de qué manera la planta logra saber que la lesión es causada por un insecto y no por una herida. Aún se abocan a caracterizar cuáles son las moléculas implicadas en esta respuesta específica. Una de las hipótesis es que las sustancias presentes en la saliva del insecto puedan activar la expresión de los genes.

Para entender esta relación tan cercana entre la planta y el insecto herbívoro, los investigadores dieron inicio en 1998 a una extensa investigación, concluida en 2002 y también financiada por la FAPESP, en la modalidad Proyecto Temático. “Empezamos a hacer un abordaje desde ambos lados”, dice Silva Hijo. Por una parte, la investigación apuntaba a entender los mecanismos de defensa que la planta emplea contra el insecto, a fin de evitar que éste utilice como alimento al hospedador. Y son muchos los mecanismos, ya que ésta no puede salir del lugar a modo de defensa. Por otra, los insectos también tienen sus estrategias para esquivar la defensa de las plantas. Las estrategias empleadas por cada uno de los oponentes son fundamentales para avanzar en los métodos de obtención de una mayor productividad en el campo. Al fin y al cabo, tanto los insectos como las plantas se encuentran en un proceso de evolución conjunta que data de centenas de miles de años.

Respuesta tardía – A partir de este Proyecto Temático, una nueva línea de investigación se inició en el laboratorio de la Esalq, que implica la interacción entre plantas e insectos. Y redundó en el aislamiento y caracterización del promotor de la sugarina, un trabajo enmarcado en la tesis de doctoral de Patrícia Pompermayer, dirigida por Silva Filho y una de las coautoras de la patente. Una vez concluida esta etapa, la investigación se encuentra ahora en fase de detallar el mecanismo de actuación del promotor de la caña, un estudio que está llevándose adelante a cargo de Anne Hackbart de Medeiros, también bajo supervisión de Silva Filho y otra coautora de la patente. “Vimos en esta fase que el pico de activación del gen es de alrededor de 24 horas una vez pasado el ataque del barrenador”, dice Silva Filho. Algunas plantas responden inmediatamente, otras más tardíamente, como es el caso de la sugarina. El grupo está estudiando esta aparente tardanza en la activación del mecanismo de defensa.

Al mismo tiempo, los investigadores finalizan los estudios de la sugarina y se abocan a preparar para solicitar ante la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio), el órgano gubernamental que controla el cultivo de transgénicos en el país, la autorización para llevar al campo los experimentos con los plantines que ya están preparados en la casa de vegetación, en un área ubicada dentro de la Esalq. En tales condiciones, será posible saber si el promotor activa la expresión de defensa de la planta también cuando se produce el ataque de la “cigarrinha-da-raiz” (Mahanarva fimbriola), un insecto chupador del cual se ha detectado un incremento de sus índices de infestación en razón de la cosecha mecánica ?al final del proceso la máquina deja en el campo una capa de paja, lo que es ideal para la proliferación de dicha plaga.

Los Proyectos
1. Caracterización bioquímica, entomológica y molecular de la interacción entre inhibidores de proteinasas digestivas e insectos del orden Lepidóptera
2. Interacción planta insecto: un proceso coevolutivo que comprende maquinarias adaptativas distintas
3. Patentado de un promotor de caña de azúcar inducido por insectos herbívoros
Modalidad
1. Proyecto Temático
2. Línea Regular de Auxilio a la Investigación
3. Programa de Apoyo a la Propiedad Intelectual (Papi)
Coordinador
Marcio de Castro Silva Filho – USP
Inversión
1.  R$ 198.265,10 y US$ 139.201,90 (FAPESP)
2. R$ 108.250,00 y US$ 6.000,00 (FAPESP)
3. R$ 6.000,00 (FAPESP)

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