Fondo María Viñas 2017 - ANII - Efecto del receptor EFR en germoplasma avanzado de papa para la resi
Propósito del proyecto
La agricultura mundial se encuentra ante el desafío de satisfacer la creciente demanda por productos
alimenticios y fibras, en un contexto de disminución del área productiva donde los recursos para la
producción son cada vez más limitados. A su vez, se busca la producción sustentable racionalizando el uso
de agua y agroquímicos, considerando el impacto ambiental de la producción agrícola. Una de las
estrategias empleadas es la reducción de pérdidas ocasionadas por patógenos mediante el desarrollo de
variedades resistentes.
El cultivo de papa representa el cuarto cultivo alimenticio a nivel mundial (después maíz, arroz, trigo) (Food
and Agriculture Organization of the United Nations, 2015). La producción de éste se ve afectada por la
marchitez bacteriana causada por R. solanacearum, ocasionando pérdidas económicas a nivel mundial,
dada la distribución del patógeno, la falta de cultivares resistentes y de control químico eficiente y cuando
las medidas de control integrado no son respetadas.
En Uruguay se han caracterizado más de 20 cepas de R. solanacearum que afectan al cultivo de papa, de
las cuales en su totalidad pertenecen al Filotipo II secuevar 1 (raza 3 biovar 2A), presentando muy baja
diversidad. La incidencia de marchitez bacteriana en nuestro país es variable,
dependiendo de las condiciones ambientales de temperatura, la humedad y la fuente de inóculo. Se
caracteriza por la ocurrencia periódica de brotes agudos muy difíciles de prevenir y controlar. El primer
reporte oficial fue registrado en 1974. Un brote importante ocurrió en la zafra 2001-2002 cuando el 34% de
los predios sembrados fueron afectados (DIEA – MGAP). Actualmente, la incidencia de la enfermedad es
menor pero se han detectado brotes en todas las zonas de producción, lo que dificulta enormemente el
mantenimiento de áreas libres de patógeno y la propia continuidad del cultivo.
Los programas de mejoramiento genético a nivel mundial han buscado desarrollar cultivares con el objetivo
de mejorar las características culinarias y organolépticas, la adaptación a determinados sistemas de
producción, los parámetros agronómicos y la resistencia a enfermedades y plagas (Vilaró et al., 2000).
Adicionlamente, ha resultado difícil desarrollar cultivares que presenten resistencia a enfermedades y
principalmente de origen bacteriano (considerar que el mejoramiento se realiza con una planta de herencia
tetrasómica). En la actualidad no existe un cultivar comercial de papa caracterizado como resistente a la
marchitez bacteriana. En Uruguay se han iniciado varios estudios multidisciplinarios, enfocados al desarrollo
de estrategias para el control integrado de la marchitez bacteriana en el cultivo de papa. El desarrollo de
cultivares resistentes ha sido explorado en estrategias de mejoramiento clásico, mediante introgresión de
genes de resistencia a partir de especies silvestres como S. commersonii, contando INIA con germoplasma
avanzado de clones con resistencia parcial.
En este contexto, la ingeniería genética surge como una herramienta complementaria para aportar fuentes
de resistencia alternativas que no se encuentran en especies emparentadas a la papa cultivada. En el
mismo sentido, el conocimiento de los métodos de transformación y los mecanismos moleculares implicados
en la respuesta inmune a fitopatógenos permite generar nuevas estrategias de resistencia. La transferencia de receptores de reconocimiento de patrones PRRs mostró ser promisoria en varios modelos de solanáceas.
Particularmente, se destaca el trabajo del grupo de investigación dirigido por el Dr. Zipfel donde la
transferencia de AtEFR a tomate (variedad Moneymaker) confirió resistencia a R. solanacearum (Lacombe
et al., 2010).
Para evaluar el efecto de la transferencia de AtEFR en papa como estrategia de resistencia a R.
solanacearum, nuestro grupo de trabajo ha transformado una línea comercial susceptible (INIA Iporá) y un
clon proveniente de programa de mejoramiento (09509.6) que cuenta con resistencia parcial a BW. Ambas
líneas transformadas mostraron claramente una mayor resistencia a la inoculación a R. solanacearum en
condiciones controladas. En este proyecto proponemos avanzar en la evaluación de eventos de
transformación seleccionados, hacia la caracterización de una línea de papa resistente que pueda ser
utilizada a nivel comercial. Para ello evaluar la resistencia en planta con especial énfasis en el tubérculo
(papa-semilla) y el desempeño de las características agronómicas a campo en condiciones controladas de
bioseguridad es considerado innovador para el país y en el mundo para esta enfermedad. Adicionalmente se
propone la caracterización molecular del efecto de AtEFR en la interacción planta-patógeno y la
identificación transcriptómica de los genes implicados en la resistencia observada.
La combinación de estrategias de mejoramiento clásico y de ingeniería genética se pone de relieve en esta
propuesta. De hecho, en Uruguay no se ha desarrollado ningún evento transgénico aprobado para
investigación desarrollado por instituciones nacionales, por lo que el estudio de este tipo de cultivos
contribuye a enriquecer la experiencia en la implementación de marcos regulatorios y estrategias de
Evaluación de Riesgo Ambiental (ERA).
Resumen ejecutivo
La marchitez bacteriana causada por Ralstonia solanacearum es responsable de pérdidas sustanciales en
cultivos de papa (Solanum tuberosum) a nivel mundial. Se han identificado especies silvestres de papa como
fuentes de resistencia. Sin embargo, no se cuenta aún con cultivares comerciales resistentes adaptados a
diferentes ambientes. El receptor de Arabidopsis thaliana (At) EFR reconoce el factor de elongación Tu
(EF-Tu), un patrón molecular asociado a patógenos (PAMP) conservado en bacterias y asociado a la
respuesta inmune mediada por PAMPs (PTI). Nuestro grupo de trabajo evaluó la expresión de AtEFR en un
cultivar de papa susceptible (INIA-Iporá) y en un clon avanzado del programa de mejoramiento (09509.6)
con resistencia parcial por introgresión de genes desde S. commersonii. Se evidenció la expresión funcionaldel receptor en ambas líneas de papa AtEFR, obteniéndose mayores niveles de resistencia respecto a los
controles sin transformar en condiciones controladas de infección. En base a estos antecedentes, este
proyecto propone caracterizar el efecto del receptor AtEFR para contribuir al desarrollo de germoplasma
avanzado de papa con amplia adaptación y resistencia a R. solanacearum. Se realizará un estudio de las
interacciones planta-patógeno en los diferentes genotipos y un análisis transcriptómico de la respuesta al
patógeno, el cual permitirá identificar genes asociados a la respuesta AtEFR (PTI), y el efecto de su
interacción con los genes de resistencia introgresados por mejoramiento convencional. Finalmente,
proponemos evaluar la respuesta a R. solanacearum en condiciones de campo, así como la eventual
afectación de características agronómicas en los eventos de transformación. Se espera que el desarrollo de
variedades resistentes a R. solanacearum con amplia adaptación contribuya a programas de control
integrado de la enfermedad, permitiendo la producción sustentable de este cultivo.
Equipo técnico INIA
MARCO DALLA RIZZA
MARIA MURCHIO
CLAUDIA SCHVARTZMAN
Equipo técnico externo
Francisco Vilaró
Guillermo Galván
joao Setubal
María Inés Siri
Maria Julia Pianzzola
Virginia Ferreira
Instituciones participantes
Facultad de Agronomía - Regional Sur
UdelaR/FQuím
USP