Lucha genética entre plantas

A través de miles de años de coevolución, las plantas y sus principales enemigos (insectos, hongos, bacterias, virus, etc.) llegaron a estados de equilibrio en el seno de una gran diversidad de ecosistemas naturales. La aparición de la agricultura rompió este equilibrio al extraer a las plantas y a sus enemigos de los ecosistemas naturales para llevarlos a un particular campo de batalla: el campo de cultivo. Aquí, la pérdida de biodiversidad, tanto a nivel de la composición biológica del nuevo ecosistema como en la diversidad genética de las variedades cultivadas, llevó a los cultivos a una situación de particular vulnerabilidad frente a otros organismos con los que antaño cohabitaba. Esto ha llevado históricamente a grandes desastres, quizás ninguno tan destructivo en el corto plazo como el causado por el hongo oomiceto Phytophthora infestans en cultivos de patata en Irlanda a partir de 1845, que causó tal hambruna que llevó a la muerte de alrededor de un millón de personas, y a la migración de un número equivalente. Solo gracias a la actuación del hombre, con acciones como la selección de variedades resistentes o la aplicación de tratamientos fitosanitarios, ha podido sobrevivir la agricultura intensiva hasta nuestros días.

Pero, ¿cómo selecciona el mejorador de plantas variedades resistentes a organismos dañinos para los cultivos? La respuesta requeriría excesivos detalles para este blog, pero podemos simplificarla refiriéndonos a la estrategia más común en la historia de la mejora genética: la identificación y utilización de plantas que, de forma natural, han desarrollado mecanismos de resistencia. No nos referimos necesariamente a las plantas cultivadas sino, principalmente, a sus ancestros silvestres, a partir de los cuales el hombre del neolítico desarrolló las formas cultivadas, y a sus parientes más o menos cercanos. Estas especies silvestres presentan generalmente mecanismos de resistencia que surgieron gracias a la coevolución de las plantas y sus enemigos naturales, a través de la cual llegaron a una entente para coexistir en equilibrio. Pero, ¿qué ocurre cuando la planta cultivada se enfrenta a un enemigo con el que no coevolucionó? ¿Y si, adicionalmente, ese enemigo es otra planta? La lucha, sin duda, se promete encarnizada, como les contamos a continuación.

En un lado del cuadrilátero imaginario tenemos al girasol (Helianthus annuus L.), una planta cultivada que se domesticó en el norte de América mucho antes de la llegada de los conquistadores europeos. Esta área geográfica sigue siendo el hábitat natural del ancestro silvestre del girasol cultivado, así como de cerca de 70 especies muy diversas del mismo género, anuales y perennes. Desde el otro lado del cuadrilátero, lo contempla impertérrito el rebautizado como jopo del girasol (Orobanche cumana Wallr.), una planta holoparásita que carece de clorofila y toma su alimento de una planta hospedadora, cuyas raíces parasita durante todo su ciclo vital. El jopo es originario del sureste de Europa y suroeste de Asia, de las regiones comprendidas entre el mar Negro y el mar Caspio, donde habita en perfecto equilibrio parasitando a algunas especies silvestres, principalmente del género Artemisia. El girasol y el jopo nunca habían cruzado sus caminos hasta que este maravilloso invento del hombre llamado agricultura los puso un día en contacto. Ninguno de los dos estaba preparado para el encuentro, no habían coevolucionado y, en principio, carecían de herramientas específicas de ataque o de defensa con las que luchar. Pero se encontraban en el cuadrilátero, sonó la campana, y… comenzó el combate.

La primera descripción del ataque

La batalla se inició en Rusia en el último cuarto del siglo XIX. La Iglesia Ortodoxa Rusa prohibía el consumo de grasas y aceites animales y vegetales durante la cuaresma, detallando todas las posibles fuentes de los mismos. Algunas mentes avispadas, conocedoras de la capacidad de las semillas de girasol de producir un aceite comestible de gran calidad, y aprovechando que este aceite no estaba expresamente prohibido por la Iglesia, introdujeron el cultivo en el país, donde no tardó en popularizarse, extendiéndose rápidamente el área cultivada. Pero poco duró la alegría. En 1890 se describió por primera vez un fuerte ataque de plantas de jopo parasitando cultivos de girasol, concretamente en el distrito de Saratov, unos cientos de kilómetros al norte del mar Caspio. No entendemos bien aún cómo una planta parásita, que en la naturaleza tiene un rango muy limitado de plantas hospedadoras, comenzó a parasitar a gran escala a una planta completamente desconocida para ella. Desconocida, y sin mecanismo alguno de defensa frente a un parásito también desconocido. En ese instante, comenzó una trepidante carrera para identificar mecanismos de defensa frente al jopo por parte de los mejoradores del girasol, y para eludir dichos mecanismos por parte del jopo.

Hoy, más de 130 años después, la batalla está siendo más encarnizada que nunca. ¿Quién diríamos que va ganando? Según cómo se mire. Se han desarrollado variedades de girasol que poseen mecanismos de defensa cada vez más potentes. Hablamos de mecanismos de resistencia genética, desarrollados principalmente a partir de genes identificados en especies silvestres de Helianthus. No se trata de genes específicos de defensa frente a jopo…pero funcionan. Por otro lado, el jopo se yergue cada vez más poderoso y desafiante. Sigue conquistando nuevos territorios y desarrollando razas cada vez más agresivas. En 2024 hizo acto de presencia por primera vez en el continente americano, amenazando a grandes productores de girasol como son Argentina y Estados Unidos. En este último caso, la amenaza no es solo al cultivo, sino principalmente a los nichos ecológicos de las especies silvestres de Helianthus, muchas de ellas muy sensibles a la parasitación por jopo.

Nuevos genes de resistencia

En el Instituto de Agricultura Sostenible, un pequeño grupo de investigación fundado hace más de 40 años por el Prof. José M. Fernández Martínez, ya jubilado, y formado actualmente por quien esto escribe junto con las Dras. Begoña Pérez Vich y Lidia del Moral Navarrete, investiga los mecanismos de la interacción entre la planta hospedadora y la planta parásita, y desarrolla nuevas fuentes de resistencia que permitan al girasol seguir liderando la lucha. Para ello, y siguiendo el razonamiento de que para derrotar al enemigo hay que conocerlo a fondo, iniciamos en 2004 una innovadora línea de investigación dirigida a estudiar al parásito, del que se conocía muy poco por aquel entonces.

Entre los resultados más sobresalientes obtenidos hasta la fecha, debe destacarse la demostración de que se trata de una especie que presenta un cierto grado de polinización cruzada, algo que tradicionalmente se había negado, y que se ha demostrado clave para entender la evolución racial del parásito. Hemos desarrollado también una novedosa metodología para la realización de cruzamientos dirigidos y creación de poblaciones segregantes, gracias a lo cual obtuvimos el primer mapa genético de esta especie, demostramos desde el punto de vista del parásito la existencia de una interacción gen a gen entre el girasol y el jopo, y mapeamos por primera vez un gen de virulencia en la especie parásita. Hemos caracterizado asimismo la variabilidad genética existente en las tres principales zonas de cultivo del girasol en España (Andalucía, Castilla-La Mancha, y Castilla y León), y los mecanismos responsables de la evolución racial ocurrida en estas zonas. Por último, hemos participado en el desarrollo del primer genoma anotado de la especie.

Todos estos estudios nos acercan cada vez más a conocer las vías mediante las cuales el parásito consigue eludir los mecanismos de resistencia del girasol. En paralelo, trabajamos en la identificación y caracterización de nuevos genes de resistencia en especies silvestres de girasol. El objetivo último es caracterizar los mecanismos moleculares de interacción entre la planta de girasol y la planta de jopo, para de esta forma diseñar estrategias duraderas y sostenibles de mejora genética de la resistencia a jopo en girasol.