El INTA logró secuenciar el genoma de la chicharrita del maíz

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Un equipo especializado del Centro de Investigaciones Agropecuarias del INTA, dependiente de la Secretaría de Bioeconomía del Ministerio de Economía de la Nación, logró la secuenciación, ensamblado y anotación del genoma de Dalbulus maidis.

Este significativo avance -es el primero registrado hasta la fecha- fue logrado a partir de la detección que las condiciones de altas temperaturas y abundantes precipitaciones, junto con el escalonamiento en las fechas de siembra fueron las principales causas de la rápida reproducción y migración –del norte del país a la zona núcleo de producción– de esta plaga que afecta a la producción de uno de los elementos alimentarios más importantes.

En una publicación, el 15 de junio último, The Alliance of Bioversity International and the International Center for Tropical Agriculture (CIAT) divulgaron un trabajo de Jairo Rodríguez Chalarca, en el que indicó que “Para el Centro Internacional del Mejoramiento del Maíz y de Trigo (CIMMYT), el complejo del “Achaparramiento”, es una de las enfermedades más frecuentes y limitantes en Centro y Sur América. El complejo de patógenos que causan el “Achaparramiento” en el maíz son: (1) corn stunt spiroplasma (CSS), (2) el maize bushy stunt mycoplasma (MBSM) y (3) el virus del rayado fino del maíz (MRFM). La sintomatología de las tres enfermedades es variable y se pueden súper poner bajo condiciones de campo, de ahí su denominación Complejo del Achaparramiento del Maíz. Estos tres patógenos, exhiben una particularidad especial es que son transmitidos por un único agente vector Dalbulus maidis (DeLong & Wolcott) de manera persistente. D. maidis tiene una distribución desde California (USA) hasta Argentina, su hospedero principal es el maíz (zea mays) y teosintes (Z. perennis, Z. diploperennis, Z. mays parviglumis y Z. mays mexicana). En Colombia D. maidis, fue reportada como plaga limitante en maíz para el 2016 con pérdidas superiores al 70% en el departamento del Huila. Para el año 2018, fue reportada en el Tolima y durante el 2019 en el Valle del Cauca. El control químico se ha convertido en la única herramienta usada para su manejo. En el Valle del Cauca, se reportan 10 aplicaciones durante el ciclo del cultivo. Por todo esto desde la Alianza Bioversity – CIAT viene desarrollando actividades desde el año 2019 en torno a la problemática del Complejo del Achaparramiento del maíz en el Valle del Cauca. El propósito de la Alianza es poder avanzar en estrategias de manejo que se ajusten a los objetivos del desarrollo sostenible (ODS) que tienen un impacto universal con un enfoque transformador y contempla un mundo de respeto universal hacia la igualdad y la no discriminación (CEPAL), para nuestro caso lo que pretendemos es impactar algunos de estos objetivos: (i) hambre cero, (ii) salud y bienestar, (iii) producción y consumo responsable, (iii) alianzas para lograr los objetivos. La ruta de trabajo que se plantea para avanzar en la implementación de tácticas de control está basada en tres pilares fundamentales: (a) el inóculo, (b) el vector y (c) resistencia varietal.

Control y manejo de Dalbulus maidis, según la propuesta de Jairo Rodríguez Chalarca. Crédito de la imagen: Jairo Rodríguez Chalarca.

Además del impacto en el control de la chicharrita del maíz, la investigación que se divulgó hoy brindará información para entender la biología, distribución y evolución del insecto, lo que ayudará a predecir y mitigar futuros brotes y epidemias. Además, posibilitará el desarrollo de enfoques más precisos y dirigidos al control de esta plaga, mediante la reducción en el uso de productos fitosanitarios.

En un artículo el INTA indicó que este avance también podría aplicarse en la mejora genética del maíz, con el desarrollo de variedades más resistentes a las enfermedades transmitidas por el insecto. Así, se podrían llegar a comprender aspectos como los genes de inmunidad del insecto, identificar blancos potenciales para el desarrollo de mejores insecticidas, así como genes asociados a su interacción con las plantas infectadas y los agentes patógenos.

Crédito de la imagen: INTA

Primer borrador
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“Este es un primer borrador sobre el mapa genético de Dalbulus maidis. El genoma es como el manual de instrucciones del insecto; allí está guardada toda la información que hace que la chicharrita sea el vector de enfermedades que afectan al maíz”, indicó Humberto Debat –virólogo del Instituto de Patología Vegetal (IPAVE) del CIAP, ubicado en la provincia de Córdoba, Argentina.

“Conocer cómo vive el insecto, cómo se multiplica, cómo se dispersa, qué lo hace resistente o susceptible y cómo se convirtió en un ‘súpervector’, nos va a permitir diseñar estrategias más precisas y dirigidas para controlarlo”, añadió Debat, quien por una década se ha enfocado en el estudio de la interrelación que se da entre patógenos y cultivos.

En un artículo abordamos las estrategias en cada región del país ante el avance del achaparramiento a causa de la comúnmente llamada chicharrita del maíz.

Según Debat, “comprender aspectos sobre la inmunidad del insecto, nos permitirá identificar cuáles son los genes blanco para el desarrollo de mejores insecticidas, por ejemplo”, y aseguró que esta investigación proporcionará información crucial para entender su biología, distribución y evolución.

Contar con la información del código genético de la chicharrita es importante y necesario para comprender y afrontar el patosistema asociado a la cadena de maíz, que generó un gran impacto en el sector. “Esta es la primera versión del genoma, que se actualizará regularmente como un ‘genoma viviente’”, detalló el investigador. Quien resaltó que “esta iniciativa representa la capacidad de respuesta del INTA frente a emergencias sanitarias en el sector agropecuario y demuestra cómo se pueden enfrentar las demandas del sector con una visión a largo plazo, utilizando tecnologías de vanguardia para abordar problemas urgentes”.

Cómo se secuenció el ADN
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El genoma es la secuencia total de ADN que posee un organismo en particular. Secuenciar un genoma implica poder determinar el orden exacto de las bases adenina, citosina, guanina y timina (A, C, G y T) en el ADN. Para lograrlo, Franco Fernández –biólogo y coordinador del nodo de secuenciación genómica del CIAP– procesó 20 ejemplares de Dalbulus maidis, que fueron obtenidos a partir de una colonia sana propagada en invernadero.

En 2022 fue publicado Dinámica poblacional de Dalbulus maidis y su relación con las condiciones meteorológicas en Santiago del Estero

En el Instituto de Patología Vegetal del INTA se mantiene una colonia experimental de estos insectos con sanidad controlada. Allí, María de la Paz Giménez Pecci –referente en el estudio de enfermedades de maíz– junto con Mariana Ferrer y Karina Torrico trabajan en el estudio del patosistema, su comportamiento y su evolución a lo largo de los años. “Su aporte no sólo se limitó a la posibilidad de contar insectos criados en nuestro instituto para este proyecto, sino que su experiencia y conocimientos como referentes de patología del cultivo han sido claves en esta emergencia”, subrayó Fernández.

“Para la extracción del ADN del insecto utilizamos técnicas de biología molecular, luego construimos la librería, que es como un primer reservorio de la información genética y sirve para procesar los datos”, explicó Fernández quien indicó que para la secuenciación utilizaron estrategia híbrida, que combina la plataforma ONT (Oxford Nanopore Technologies) para lecturas largas e Illumina para lecturas cortas.

“La secuenciación con la tecnología MinION de Oxford Nanopore consiste en pasar moléculas individuales de ADN a través de nanoporos (pequeños agujeros biológicos) a través de una membrana. A medida que el ADN atraviesa el nanoporo, se detectan cambios en la corriente eléctrica, los cuales se analizan para determinar la secuencia de bases A, T, C, G, en tiempo real”, describió Fernández quien destacó que esta tecnología permite secuenciar largas cadenas de ADN con alta precisión y rapidez, porque es portátil y accesible para diversos entornos de investigación. “Gracias a la secuenciación en tiempo real con ONT, pudimos tener un primer borrador del ADN en 48 horas, lo que representa un hito científico en tiempo récord”, indicó.

El ensamblado del rompecabezas
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La etapa siguiente fue el ensamblado del genoma. Tras secuenciar los fragmentos, el siguiente paso fue integrarlos para reconstruir el genoma del insecto. Esto puede ser complicado, especialmente si se trata de una primera versión –como en este caso– en la que no se sabe a ciencia cierta qué tan grande y redundante es. Para comprenderlo, Fernández acudió a la analogía del rompecabezas: “Ensamblar un genoma es como armar un rompecabezas, si pensamos que las secuencias generadas al azar son como las piezas que debemos ensamblar. De todos modos, la complejidad es aún mayor, debido a que no sabemos cuántas piezas totales forman el rompecabezas; tenemos muchas piezas repetidas y nos faltan otras tantas. El desafío es que la reconstrucción final se parezca lo más posible a lo que está escrito en cada una de las células de la chicharrita”.

Crédito de la imagen: INTA

Una vez ensamblado el genoma, se realiza un análisis bioinformático para identificar genes, regiones reguladoras y otras características genómicas. Esto puede implicar comparar el genoma del insecto con genomas de otras especies para inferir funciones genéticas y relaciones evolutivas. En este punto, la interpretación es fundamental. Los investigadores leen, analizan y descifran los resultados del análisis bioinformático para comprender mejor la biología del insecto. “Esto puede ayudar a identificar genes asociados con características específicas, como resistencia a insecticidas o adaptaciones a diferentes hábitats”, subrayó Fernández.

“Este trabajo fue posible gracias a que, con el correr de los años, en el CIAP se consolidó el nodo de secuenciación que, en la actualidad, cuenta con dispositivos de última generación y servidores bioinformáticos de alta capacidad y gracias a recursos estratégicos destinados para frente a una emergencia sanitaria sin precedentes”, puntualizó Fernández.

Desde 2011, Fernández se dedica al estudio de la diversidad, patogenicidad y evolución de bacterias en el área de micología y bacteriología del IPAVE-CIAP. Con el paso de los años y las demandas de investigación, se centró en contribuir al conocimiento biológico mediante un enfoque genómico. Así, se convirtió en el responsable del nodo de secuenciación en Córdoba dentro del proyecto PAIS, en el cual se secuenciaron más de 1000 genomas de SARS-CoV-2. Merced a esta experiencia, amplió la plataforma para la secuenciación de microorganismos con relevancia en el ámbito agropecuario, incluyendo patógenos, simbiontes y agentes de biocontrol.

_La chicharrita es el vector de cuatro patógenos: dos mollicutes -bacterias- (Spiroplasma kunkelii y Maize bushy stunt phytoplasma) y dos virus (Maize rayado fino virus y Maize striate mosaic virus), que pueden encontrarse en infecciones simples o mixtas y generan la enfermedad “achaparramiento del maíz”. En el IPAVE se estudian históricamente todos estos patógenos y Fernández es el referente en el estudio del fitoplasma.