David Turrà, Mennat el Ghadid y Antonio Di Pietro, genetistas de la Universidad de Córdoba, frente a plantas de tomate con las que investigan los mecanismos de colonización del hongo Fusarium oxysporium.
La prestigiosa revista Nature publica hoy, lunes 26 de octubre de 2015, un estudio en el que por primera vez se describe con detalle y pruebas el mecanismo empleado por los hongos patógenos para localizar e infectar las plantas. Es un problema que trae de cabeza a millones de agricultores en el planeta y que ha resultado ser una cuestión de sexo. Según un estudio del equipo de investigadores del Departamento de Genética de la Universidad de Córdoba y del Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario ceiA3 coordinado por el profesor Antonio Di Pietro, los hongos se dejan guiar por unas señales que emite la planta para alcanzar sus raíces y comenzar su colonización, empleando para ello el mismo mecanismo que usarían para reproducirse. El grupo científico ha dedicado cinco años de exhaustivos trabajos para llegar a estas conclusiones, que pueden tener implicaciones en la forma de tratar estos agentes patógenos.
Los hongos parásitos provocan pérdidas de importancia en la agricultura mundial y son más difíciles de controlar que otras plagas, como las de bacterias. El descubrimiento de investigadores de la Universidad de Córdoba publicado en la revista Nature puede contribuir ahora al desarrollo de tratamientos fungicidas más eficientes. Los científicos han descubierto la vía de infección del hongo en uno de los cultivos hortícolas más comunes del planeta, el del tomate: una señal que el agente infeccioso detecta en pleno subsuelo y le permite dirigir su crecimiento hasta llegar a la raíz de la planta y causarle daño.
No es sólo que el hongo parásito de las tomateras utilice esa señal química para llegar hasta su objetivo, es que el mecanismo molecular es, además, inesperado. El hongo, de la especie Fusarium oxysporum, dirige su crecimiento hasta alcanzar la raíz de la planta empleando los mismos sistemas de identificación que usaría para responder a un reclamo sexual. A través de los receptores con los que detecta unas señales reproductivas denominadas feromonas, descubre otras proteínas que la planta secreta en el subsuelo. De este modo, las raíces de los vegetales actúan como faros en la obscuridad, permitiendo al microorganismo que dirija su hasta entonces desnortado crecimiento hacia ellos y propiciando, en última instancia, su infección y destrucción.
Ya desde el siglo XIX, los botánicos sospechaban que los hongos patógenos empleaban algún tipo de mecanismo para alcanzar la planta que colonizaban, pero hasta ahora no había sido descrito. Así lo sugería el alemán Anton de Bary, pionero de la fitopatología, en un manual de 1884 que el investigador principal de este hallazgo, Antonio Di Pietro, llegó a consultar al comenzar este trabajo.
Crecimiento dirigido
Los hongos no tienen capacidad de desplazamiento por sí mismos, como les pasa a los animales, sino, más parecidamente a las plantas, tienen que orientar su crecimiento para captar recursos. Para estudiar el crecimiento dirigido, el grupo de Di Pietro experimentó en hongos que afectan al cultivo del tomate con diferentes reclamos. En una placa de Petri se situaron colonias de la especie patógena y se introdujo dos pocillos: en uno había substancias que podrían atraer al hongo y en el otro, agua, como elemento de control. Estas substancias eran glucosa y feromona. La primera proporciona energía al organismo. La segunda es una pequeña proteína que se emite en el proceso de reproducción sexual y está ampliamente descrita en la levadura del pan (Saccharomyces cerevisiae), una especie fúngica modelo en investigación científica. Finalmente, también se introdujeron raíces de tomatera para observar las reacciones del parásito.
Los hongos dirigieron su crecimiento no sólo hacia el compuesto que les proporciona nutrientes, la glucosa, sino también hacia el reclamo sexual y las raíces de tomate. Los investigadores habían demostrado este crecimiento dirigido, denominado científicamente quimiotropismo. “Sin embargo, aunque el hallazgo era ya relevante, puesto que sólo se conocía quimiotropismo en pocos casos en la naturaleza y sólo uno entre hongos, no quisimos quedarnos ahí. Teníamos un hallazgo que consideramos que alcanzaría un impacto notorio y de relevancia científica y proseguimos la investigación”, explica Di Pietro.
Abordaje genético
A renglón seguido una vez se pudo medir el crecimiento dirigido en Fusarium oxysporum, se buscó la manera en la que el hongo lo desarrollaba. A partir de un abordaje genético, los científicos analizaron los genes que podrían estar vinculados con este proceso y descubrieron un hecho inesperado un hecho inesperado. Primero, identificaron dos rutas metabólicas. Una era propia de la obtención de alimento y estaba vinculada a la señal química de la glucosa y su detección por el microorganismo. La otra ruta es la que utiliza el hongo para captar feromonas sexuales durante el apareamiento. Sorprendentemente, los hongos a los que se les había bloqueado el receptor de las feromonas tampoco respondían al estímulo de la raíz del tomate. El equipo descubrió, además, que en este proceso jugaban un papel importante unas enzimas vegetales denominadas peroxidasas, previamente conocidas determinantes del crecimiento y la protección de las plantas.
Resulta que las plantas, al eclosionar de la semilla y crecer, secretan estas peroxidasas para desarrollarse y defenderse en un ambiente hostil. “Y con ello abren la puerta también a los hongos que la pueden colonizar”, señala Di Pietro. Los científicos identificaron tres de estas peroxidasas que son como carteles luminosos en una carretera a obscuras para el hongo. Estimulando al hongo con peroxidasas obtenidas de la raíz de la planta, los investigadores pudieron confirmar que estas proteínas actuaban como atrayentes y, por tanto, comprobar la diana química que empleaba el hongo para dirigir certeramente su crecimiento hacia la planta que quiere invadir.
Nuevos tratamientos
El hallazgo de esta vía molecular abre la puerta a nuevos tratamientos antifúngicos. Uno podría ir encaminado a bloquear la actividad de estas peroxidasas en los cultivos afectados por Fusarium oxysporum. Además del tomate, este hongo ataca a más de cien cultivos diferentes, como el plátano, el melón y el garbanzo, entre otros. Otro método podría dirigirse al bloqueo del sistema de recepción de estas señales en el hongo, por medio de un nuevo tipo de fungicida. El investigador de la UCO advierte, además, de una doble perspectiva de este trabajo: “Es posible que no sólo utilicen esta vía los hongos patógenos para llegar a sus hospedadores, sino también los hongos micorrizas para alcanzar las plantas con las que desarrollarán una simbiosis beneficiosa para ambos”.
Descubrir esta ruta ha llevado cinco años de complejo trabajo a los miembros del grupo de Genética Molecular de la Patogénesis Fúngica de la UCO. El equipo ha estado dirigido por el catedrático de Genética Antonio Di Pietro y en él han participado el investigador postdoctoral David Turrà, la investigadora del programa Marie Curie de la Comisión Europea Mennat el Ghalid y el estudiante de Erasmus procedente de la Universidad de Pisa Federico Rossi.
David Turrà, Mennat El Ghalid, Federico Rossi y Antonio Di Pietro. ‘Fungal pathogen uses sex pheromone receptor for chemotropic sensing of host plant signals’. Nature. 2015. DOI: 10.1038/nature15516