El primer pangenoma del nematodo del quiste de la soja revela cuán genéticamente diversa es la plaga, proporciona nuevos conocimientos sobre cómo supera la resistencia y cómo los investigadores pueden avanzar.
Algunas plagas, como el nematodo del quiste de la soja (SCN), erosionan la rentabilidad de las explotaciones agrícolas. Responsable de al menos 1.500 millones de dólares en pérdidas de rendimiento cada año, sigue siendo la plaga más dañina de la soja en Estados Unidos.
Durante décadas, la defensa más fiable de la industria ha sido la resistencia genética. Pero esa protección comenzó a debilitarse a medida que se desarrolló la población SCN.
Ahora, un equipo de investigación de varias instituciones dirigido por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ha creado el primer pangenoma de un insecto: un mapa genético completo que revela cuán diversas y adaptativas son realmente las poblaciones de SCN. El trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación de Soja del Centro Norte y la Asociación de Soja de Illinois.
«El pangenoma SCN nos permite hacer un análisis genético poblacional de nematodos para ver cómo superan la resistencia», afirmó Matt Hudson, profesor de ciencias de cultivos en Illinois y autor principal del estudio, en un comunicado de prensa de la universidad.
Hudson dice que el pangenoma podría eventualmente respaldar herramientas que ayuden a los agricultores a identificar qué fuentes de resistencia de la soja son más efectivas en una región determinada. A largo plazo, también puede ayudar a los investigadores a diseñar estrategias para suprimir las poblaciones de SCN más virulentas antes de que provoquen pérdidas de rendimiento.
Revela la clave de un pangenoma
Un pangenoma captura toda la diversidad genética de una especie sin depender de un único genoma de referencia.
«Este es un método moderno que utilizan los científicos para catalogar la diversidad genética de una especie. Durante décadas, la práctica estándar era elegir un solo individuo y tratarlo como referencia. Imagínese elegir un solo individuo para representar toda la diversidad genética de la especie humana; eso sería imposible», dijo Lucas Borges, médico de Sungram’s Dose for Student. Illinois.
Hudson y sus colegas dirigieron anteriormente un proyecto de pangenoma de soja que analizó más de 400 plantas, lo que condujo a una serie de estudios que describen la diversidad genética del cultivo. Generar un pangenoma para SCN ha resultado significativamente más difícil.
Resolviendo un difícil rompecabezas genético
La recolección de ADN de alta calidad del SCN presenta desafíos únicos.
«Uno de los problemas con las SCN es que viven en las raíces de la soja, nadan en el suelo o son huevos. Es difícil extraer ADN de los adultos, por lo que generalmente probamos con huevos», dijo Hudson. «Pero con su exterior duro, son como pequeñas latas de frijoles enterrados. Eso les permite sobrevivir durante décadas, pero hace que sea muy difícil extraer el ADN».
El método anterior requería que los científicos liofilizaran y trituraran los huevos de SCN hasta convertirlos en polvo. La fuerza mecánica rompe el ADN en pedazos demasiado pequeños para un ensamblaje genómico de alta calidad.
Hace varios años, el coautor del estudio Roy J., Kim Walden, del Centro de Biotecnología Carver, desarrolló una mezcla de enzimas que disuelve suavemente las cáscaras de huevo y preserva el ADN intacto. Estos avances hicieron posible el pangenoma SCN. Walden murió en 2024.
Mapeo de variación de SCN
Los investigadores suelen medir la virulencia del SCN mediante la prueba de tipo HG, que infecta siete cultivares de soja y mide el éxito con que se reproducen los nematodos. Si la población SCN desarrolla hembras en las líneas de soja 2, 5 y 7, por ejemplo, la población se clasifica como HG tipo 2.5.7.
Para crear el pangenoma, Borges dos Santos ensambló genomas de nueve poblaciones de SCN. Cada población incluía varios miles de nematodos individuales y representaba la gama completa de tipos de HG.
Los resultados revelaron una enorme diversidad genética entre los insectos.
«Si nos fijamos en las diferencias de ADN entre humanos y chimpancés, algunos de estos gusanos serán humanos y otros serán chimpancés», dijo Hudson. «Los tipos de HG son muy diferentes entre sí y muchos genes son específicos de cada población. Son muy, muy diversos».
¿Por qué se rompe la resistencia?
Esta diversidad ayuda a explicar por qué la resistencia puede, en última instancia, fracasar. Cuando las poblaciones de SCN se encuentran con cultivares de soja resistentes, la primera generación puede tener dificultades. Sin embargo, con el tiempo, los nematodos pueden aprovechar su amplia diversidad genética para activar genes de virulencia que les permitan reproducirse nuevamente.
El pangenoma proporciona a los investigadores una imagen más clara de esos genes y proteínas, que en última instancia pueden respaldar nuevas estrategias para el control de plagas.
«Estamos buscando formas en que las poblaciones de nematodos puedan modificarse», dice Hudson. «Para los mosquitos de la malaria, los científicos pueden diseñar y liberar mosquitos macho-estériles que reduzcan la reproducción y propagación de la enfermedad. Tenemos una subvención de la Asociación de Soja de Illinois en líneas similares para SCN».
Una base para futuras soluciones
Si bien la investigación no cambiará de inmediato la forma en que los agricultores manejan la SCN, los líderes de la soja dicen que el descubrimiento proporciona una nueva base importante para soluciones futuras.
«El nematodo del quiste de la soja sigue siendo la plaga de la soja más dañina en los Estados Unidos, y les cuesta a los agricultores más de mil millones de dólares cada año. Este nuevo pangenoma finalmente brinda a los investigadores y criadores una imagen completa de la diversidad genética y la adaptabilidad del SCN que puede brindarnos una comprensión más profunda de cómo adelantarnos a esta plaga», Illinois Soybean Association. «Esta investigación fortalece las bases para desarrollar una resistencia más sostenible y se alinea directamente con el compromiso de ISA de proteger los rendimientos de la soja de Illinois».
estudiar, El análisis del pangenoma de nueve genomas de nematodos del quiste de la soja revela una variación oculta que contribuye a la diversidad y la adaptaciónPublicado en BMC Genomics.
