Reducir los daños de los herbívoros utilizando biodiversidad en lugar de insecticidas
Los pesticidas no siempre son necesarios: investigadores de la Universidad de Zúrich han realizado un exhaustivo estudio de campo que demuestra que los daños de los herbívoros pueden reducirse utilizando la biodiversidad dentro de una misma especie vegetal. Diferentes genotipos de plantas pueden cooperar para defenderse de los insectos herbívoros.
Al igual que los humanos, las plantas interactúan con los individuos que las rodean. Por ejemplo, si las personas de tu entorno son más susceptibles a las infecciones, tu propio riesgo de infectarte aumenta, y viceversa. Lo mismo ocurre con las plantas. Cuando se mezclan diferentes tipos genéticos de la misma especie vegetal y se plantan juntos, algunas combinaciones son más resistentes a plagas y enfermedades. Este efecto positivo de la biodiversidad se conoce como resistencia asociativa.
Seguridad y conservación de los alimentos
Uno de los principales retos de la sociedad moderna consiste en conciliar la seguridad alimentaria y la preservación del medio ambiente y la biodiversidad. Las plagas y enfermedades suponen graves amenazas para los cultivos, por lo que agentes químicos como los pesticidas son cruciales en la agricultura. Sin embargo, los pesticidas pueden reducir la biodiversidad de los insectos. "En este contexto, la resistencia asociativa podría ser un nuevo método para garantizar la producción de alimentos preservando al mismo tiempo la biodiversidad", afirma Kentaro Shimizu, Director del Departamento de Biología Evolutiva y Estudios Ambientales de la UZH.
Pero, ¿qué combinaciones de genotipos vegetales deben plantarse juntos para resistir eficazmente a plagas y enfermedades? Por ejemplo, si se seleccionan dos genotipos de un total de 199, hay 19.701 combinaciones posibles. Los investigadores de la UZH han desarrollado ahora nuevos métodos de predicción genómica que utilizan un modelo físico para analizar las interacciones entre individuos a nivel genético.
Amplio trabajo de campo en el jardín de investigación
En primer lugar, los investigadores llevaron a cabo experimentos de cultivo de plantas a gran escala durante dos años en campos abiertos del Campus Irchel, así como en Japón. Para los 199 genotipos de la planta modelo Arabidopsis thaliana recogidos en todo el mundo, ya se disponía de información sobre el ADN genómico. Los investigadores mezclaron al azar y plantaron más de 30 individuos de cada uno de los genotipos para un total de 6.400 plantas. "Para contar 52.707 insectos en 6.400 plantas, el investigador principal Yasuhiro Sato pasó meses en el jardín de investigación. Este asombroso conjunto de datos, recogidos aprovechando el jardín de investigación del campus del Irchel, fue la clave de este estudio", afirma Kentaro Shimizu.
Hasta ahora no existían métodos para analizar qué regiones genómicas sustentan interacciones como la resistencia asociativa entre individuos vegetales vecinos. Por ello, Yasuhiro Sato y su equipo desarrollaron un nuevo método analítico denominado GWAS de vecinos. Este método aplica un modelo utilizado en física para analizar las interacciones entre imanes a las interacciones entre individuos vegetales vecinos. Examina cómo se ve afectado el daño de los herbívoros cuando individuos con secuencias genéticas de ADN específicas son adyacentes, basándose en los resultados reales de experimentos de campo.
Hasta un 25% menos de daños por herbívoros
A partir del análisis realizado con este nuevo método, se demostró que numerosos genes intervienen en las interacciones con los individuos circundantes. Mediante un método de aprendizaje automático, los investigadores pudieron predecir los daños causados por los herbívoros e identificaron combinaciones de genotipos beneficiosas para las que se preveía una resistencia asociativa.
El equipo de investigación llevó a cabo otro experimento de campo a gran escala durante dos años, plantando alrededor de 2.000 individuos vegetales en parejas de genotipos para los que se predijeron tres niveles diferentes de resistencia asociativa. Este experimento reveló que, en comparación con la plantación de un solo genotipo, la mezcla de dos genotipos reducía los daños causados por los herbívoros en un 24,8% y un 22,7%, respectivamente, para el nivel más alto y el segundo más alto de resistencia asociativa.
Evolución futura
"Desde la perspectiva de la investigación básica, esto puede considerarse un hito en el estudio de las interacciones entre individuos vegetales", afirma Kentaro Shimizu. "Pone de relieve la importancia de la biodiversidad en dos sentidos. En primer lugar, la diversidad genética de los propios cultivos puede reducir los daños causados por las plagas. En segundo lugar, la reducción del uso de pesticidas en entornos agrícolas puede contribuir a la conservación de la biodiversidad, incluida la de los insectos."
Los metaanálisis de los que Bernhard Schmid es coautor han demostrado que en cultivos como el trigo o el arroz se consiguen aumentos de rendimiento del 4 al 16% si se mezclan genotipos aleatorios en el campo. Según Shimizu, en el caso de estas importantes especies de plantas agrícolas cuyos genomas se conocen, el nuevo método permite predecir mezclas de genotipos vegetales específicos que maximizan la resistencia asociativa, con lo que se incrementa aún más el rendimiento al tiempo que se ahorra en el uso de pesticidas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Tiantian Huang, Thomas F. Döring, Xiaoru Zhao, Jacob Weiner, Pengfei Dang, Maoxue Zhang, Miaomiao Zhang, Kadambot H. M. Siddique, Bernhard Schmid, Xiaoliang Qin; "Cultivar mixtures increase crop yields and temporal yield stability globally. A meta-analysis"; Agronomy for Sustainable Development, Volume 44, 2024-4-23
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