Plantas molestas como el cáñamo, hierba de caballo y el pasto cheat se han abierto camino en cultivos y pastizales en todo el mundo. Con su presencia prolífica y de rápido crecimiento, las malas hierbas a menudo hacen que los cultivos crezcan altos y delgados, lo que conduce a un bajo rendimiento de los cultivos. Hierba de caballo por ejemplo, se ha demostrado que reduce el rendimiento de la soja en un 83 por ciento.
Los herbicidas pueden ayudar a combatir el problema, pero la creciente resistencia a los productos químicos hace que el manejo de las malas hierbas sea cada vez más difícil.
Ian Heap es un científico de malezas que dirige weedscience.org, un sitio web que rastrea la resistencia a los herbicidas en todo el mundo. Más de 400 científicos alimentan datos de Heap sobre los cuales las malas hierbas se han vuelto inmunes a los herbicidas.
“El agricultor se está quedando sin opciones, "Dice Heap,
Es por eso que algunos científicos han comenzado a pensar en pequeño. Microscópico, incluso.
En los últimos diez años, unas pocas docenas de científicos han recurrido a la genómica para comprender por qué algunas malezas han desarrollado resistencia a los herbicidas o se han vuelto más invasivas.
En los últimos diez años, unas pocas docenas de científicos han recurrido a la genómica para comprender por qué algunas malezas han desarrollado resistencia a los herbicidas o se han vuelto más invasivas. El tiempo de la genómica en el centro de atención se debe en gran parte a los rumores de los medios en torno al Proyecto Genoma Humano, un esfuerzo internacional masivo dedicado a descubrir los secretos del ADN humano. Pero las plantas tienen genomas también.
En pocas palabras, un genoma es el modelo del linaje de un organismo:los rasgos que se transmiten de padres a hijos. Por lo general, está codificado en el ADN. Utilizando diferentes técnicas de secuenciación de ADN, algunos han mapeado parcial o totalmente varios genomas de malezas de cultivos. Y aunque el esfuerzo costoso no puede ofrecer respuestas inmediatas a los problemas que enfrentan los agricultores en el campo, puede proporcionar datos para producir herbicidas más eficaces en el futuro.
El cáñamo es una maleza que causa problemas considerables a los agricultores del medio oeste. Originario de las zonas pantanosas de Illinois y Missouri, El alto, La maleza erguida con flores discretas ha encontrado un nuevo hogar en la soja y los campos de maíz de la región. Hace veinte años, la mayoría de la gente en Illinois “nunca había oído hablar del cáñamo de agua, "Dice Patrick Tranel, un científico de cultivos de malezas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "Ahora, es la peor hierba ".
Waterhemp produce millones de semillas y germina varias veces en una temporada de crecimiento. Esto le ha dado una notable diversidad genética. Tiene una habilidad rápida y astuta para adaptarse a su entorno, e incluso ha desarrollado una resistencia al ingrediente activo, el glifosato, en el herbicida Roundup de Monsanto. “No puedes rociar tu campo una vez y resolver el problema del cáñamo. La próxima vez que llueva, subirá más, ”Dice Tranel.
Una captura de pantalla de weedscience.org.
En 2009, El laboratorio de Tranel secuenció al azar el genoma del cáñamo para buscar genes que pudieran estar involucrados en la resistencia a herbicidas, lo que significa que secuenciaron solo partes del genoma, en lugar de todo. El mapeo de todo el genoma fue (y es) demasiado costoso, pero el enfoque de la escopeta dio suficiente información sobre la composición genética del cáñamo para probar mutaciones específicas que anulan los efectos del glifosato y otros herbicidas. Aunque a Tranel le gustaría mapear todo el genoma del cáñamo, la falta de financiación disponible y las técnicas de secuenciación de ADN asequibles dificultan su ejecución.
La resistencia al glifosato no es exclusiva del cáñamo de agua; casi 30 especies de malezas en todo el mundo ya no responden al Roundup. Aunque solo unas pocas malezas causan daños graves a los agricultores, Entender qué genes son responsables de esta adaptación evolutiva es fundamental para el futuro manejo de las malezas.
Neal Stewart se dio cuenta de esto desde el principio, y cuando la hierba de caballo resistente al glifosato llegó a Tennessee en 2002, despertó su interés. En 2005, El laboratorio de científicos de plantas de la Universidad de Tennessee comenzó a codificar el genoma de la hierba de caballo. A través de los años, gran parte del financiamiento de Stewart proviene de Monsanto junto con el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) y la Junta de Promoción de la Soja de Tennessee.
Horseweed será la primera maleza de cultivo en tener su genoma completo secuenciado, con Stewart esperando publicar sus resultados a finales de este año.
Los agricultores utilizan Roundup en millones de acres de tierras de cultivo en los Estados Unidos y el mundo, su alcance supera con creces a cualquier otro herbicida de uso frecuente. Aunque el laboratorio de Stewart está impulsando el trabajo, científicos en todas partes, incluidos los de Monsanto, tendrá acceso a la información genética cuando sea divulgada al público.
“Al estudiar los mecanismos de resistencia, esperamos comprender este tipo de debilidades en beneficio de los agricultores, "Dice Doug Sammons, un químico de Monsanto que se ha asociado con Stewart durante los últimos diez años. La información genómica de la maleza probablemente ayudará a determinar los mejores métodos para manejar la maleza en lugar de solo nuevos descubrimientos de herbicidas.
Aunque el mapeo de los genomas de las malas hierbas ayuda a los científicos a aprender más sobre la resistencia a los herbicidas, no todas las malas hierbas son buenas candidatas para la secuenciación. Algunos, como el cheatgrass, tiene una gran cantidad de genes en su genoma, lo que hace que sea demasiado costoso trazar un mapa dada la tecnología actual.
'Maíz, humanos, y el cheatgrass tienen genomas aproximadamente del mismo tamaño, "Dice Craig Coleman, un científico de malezas en la Universidad Brigham Young. "Así que es muy complejo".
"Maíz, humanos, y el cheatgrass tienen genomas aproximadamente del mismo tamaño, "Dice Craig Coleman, un científico de malezas en la Universidad Brigham Young en Provo, Utah, que ha estado estudiando la hierba durante más de diez años. "Así que es muy complejo".
La hierba de los pastizales causa estragos en los estados del oeste como Idaho, Utah, Nevada, Colorado, Arizona y Nuevo México, y es una fuente importante de combustible para los incendios de pastizales. Todavía, secuenciar el genoma del cheatgrass "nunca se me pasó por la cabeza", dice Coleman.
En lugar de, Coleman y sus colaboradores en el Servicio Forestal del USDA han mapeado el genoma de un hongo al que llaman "Los dedos negros de la muerte". "Por los hilos negros del patógeno que engullen y destruyen las semillas de cheatgrass, pero no afecta a otros cultivos. La información genética de los hongos ha ayudado a los científicos a identificar ciertos genes que podrían producir toxinas que matan las semillas.
Pero la genómica no es una píldora mágica. Incluso si conociéramos la información genética sobre cada hierba que conocemos ahora, no solucionaría el problema. Adaptable por naturaleza, nuevas malas hierbas como el cáñamo saldrán a la superficie. Los agricultores deben utilizar recursos como el sitio web de Heap, avances genéticos y técnicas tradicionales de manejo de malezas como la labranza e incluso el deshierbe manual para combatir las plagas.
Por ahora, los científicos esperan ansiosamente más barato, tecnología mejorada de secuenciación de ADN para ayudar a promover sus proyectos.
"El USDA definitivamente está interesado en la genómica de las malezas, ”Dice David Horvath, un científico de plantas de investigación con la organización. En su radar está la tecnología de Pacific Biosystems y Oxford Nanopore Technology, ambas empresas que producen tecnología que podría hacer que la secuenciación funcione de manera más fácil y precisa.
Mientras tanto, los agricultores se quedan con los herbicidas actuales.
“Las malas hierbas son plantas silvestres, no son plantas de laboratorio, ”Dice Horvath. Así que "es más difícil trabajar con ellos".
¿El sueño? Ese trabajo realizado por su laboratorio y otros científicos ayudará a las empresas químicas a desarrollar herbicidas que se dirigen a genes específicos, similar al desarrollo de fármacos de diseño en la industria farmacéutica.
"Esa es nuestra esperanza a largo plazo, ”Dice Horvath.
(Crédito de la foto:usuario de Flickr Robb Hannawacker / CC2.0)
