Comprender la resistencia a la roya en el trigo harinero

Las plagas y enfermedades provocan la pérdida de una quinta parte de la cosecha mundial de trigo cada año, lo que es suficiente para producir alrededor de 290 000 millones de hogazas de pan.

Resolver el problema persistente de las enfermedades fúngicas de la roya que atacan al trigo podría ayudar a garantizar la seguridad alimentaria en el futuro.

Los investigadores de KAUST, junto con colaboradores de Sudáfrica, Francia y EE. UU., han ensamblado el genoma de mayor calidad hasta la fecha para el trigo harinero. Este es un cultivo de trigo sudafricano clave llamado Kariega, que tiene una gran resistencia a la roya lineal, una de las tres especies de roya del trigo. Utilizando este genoma, los investigadores identificaron y clonaron un gen clave que confiere resistencia a la roya lineal.

«Las esporas de la roya se dispersan con el viento y pueden viajar miles de kilómetros, lo que significa que las cepas nuevas y altamente virulentas se propagan rápidamente», dice Naveenkumar Athiyannan, quien trabajó en el proyecto junto con Michael Abrouk y Simon Krattinger de KAUST. «A diferencia de los humanos, las plantas no tienen un sistema inmunitario adaptativo que les ayude a ‘memorizar’ infecciones pasadas. En cambio, su capacidad para resistir enfermedades específicas está codificada por genes de resistencia a enfermedades».

«El trigo tiene un genoma dinámico y complejo, cinco veces más grande que el genoma humano . Esto hace que sea extremadamente difícil determinar la ubicación de un gen específico», dice Abrouk. Además, los genes de resistencia a enfermedades a menudo difieren entre los cultivares de trigo. La secuenciación del genoma de Kariega, en particular, es importante para comprender la resistencia a la roya lineal.

El equipo combinó las últimas técnicas de secuenciación de ADN para ensamblar el genoma, antes de realizar un análisis exhaustivo utilizando marcadores moleculares para identificar la región cromosómica exacta que confiere resistencia a la roya lineal.

«La asamblea de Kariega nos permitió observar en detalle la secuencia de ADN de esta región e identificar todos los posibles genes candidatos», dice Abrouk. «Este paso habría llevado meses o incluso años en el pasado».

El equipo identificó el gen de resistencia a la roya lineal como Yr27, que luego clonaron para estudiar la función del gen y los mecanismos moleculares de resistencia. En el futuro, los genes clonados podrían transferirse a cultivares durante el mejoramiento e incluso podrían modificarse para alterar el reconocimiento y la resistencia de una planta a las enfermedades.

«Nos emocionó descubrir que Yr27 es una versión, o alelo, de un gen conocido de resistencia a la roya de la hoja «, dice Athiyannan. «Ahora que conocemos las secuencias exactas de ambos alelos, podemos diseñar una nueva versión del gen que reconozca ambas enfermedades simultáneamente».

«Hemos desarrollado una estrategia rápida y rentable para clonar genes de resistencia a enfermedades», añade Krattinger. «El objetivo a largo plazo es clonar los 400 genes de resistencia que se encuentran en el trigo, proporcionando a los científicos una posibilidad real de erradicar las principales enfermedades del trigo