Hito científico argentino: se logra la secuencia el genoma de la chicharrita del maíz

Un equipo de especialistas del INTA logró secuenciar el genoma de la chicharrita del maíz, un hito científico que permitirá diseñar estrategias más eficientes para el control del insecto y facilitar el desarrollo de variedades de maíz más resistentes a las enfermedades transmitidas por este insecto.

Precisamente, la chicharrita provocó enormes pérdidas en los maíces en esta campaña, siendo muy fuertes los ataques en Chaco, Santa Fe y Santiago del Estero, aunque luego se trasladó también al más al sur.

Se trata de un hito científico para entender la biología del insecto vector que afecta al cereal. Esto posibilitará diseñar estrategias más eficientes para su control. Un trabajo que lleva adelante un equipo de especialistas del Centro de Investigaciones Agropecuarias del INTA de la Secretaría de Bioeconomía del Ministerio de Economía de la Nación, que logró la secuenciación, ensamblado y anotación del genoma de Dalbulus maidis.

Este avance global -es el primero registrado hasta la fecha- se logró a partir de haber detectado 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 al maíz.

Además del impacto en el control de la chicharrita del maíz, esta investigación proporcionará 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 para el control de esta plaga, mediante la reducción en el uso de productos fitosanitarios.

También podría ser utilizado en la mejora genética del maíz, facilitando el desarrollo de variedades más resistentes a las enfermedades transmitidas por este insecto. En este sentido, se podría 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.

PRIMER BORRADOR

“Este es un primer borrador sobre el mapa genético de Dalbulus maidis”, indicó Humberto Debat –virólogo del Instituto de Patología Vegetal (IPAVE) del CIAP, ubicado en Córdoba, Argentina– y agregó: “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”.

“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”, expresó Debat quien desde hace 10 años se enfoca en el estudio de la interrelación que se da entre patógenos y cultivos.

“Comprender aspectos sobre la inmunidad del insecto, nos permitirá identificar cuáles son los genes blanco para el desarrollo de mejores insecticidas, por ejemplo”, indicó Debat 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 Debat.

“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”, puntualizó el investigador del INTA.

Cómo se secuenció el ADN

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 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 solo 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, siendo 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.

La etapa que siguió es el ensamblaje del genoma. Una vez que se secuenciaron los fragmentos, el siguiente paso es 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 lo explicó mediante 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”.

Una vez que se ha 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.

“Todo 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 el 2011, Fernández se dedica al estudio de la diversidad, patogenicidad y evolución de bacterias en el área de micología y bacteriología del IPAVE-CIAP. A medida que avanzaron 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. Gracias 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.