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Agricultural Research Service

El equipo de responder rápido al virus siempre está listo / abril 2005 / La revista de Investigación Agrícola

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El equipo de responder rápido al virus siempre está listo

El técnico John Abt inyecta virus en las semillas de maíz que están germinando usando el método de inoculación por perforación vascular. Enlace a la información en inglés sobre la foto
El técnico John Abt inyecta virus en las semillas de maíz que están germinando usando el método de inoculación por perforación vascular. Las semillas crecerán como una planta infectada.

Vista de primer plano del método de inoculación por perforación vascular. Enlace a la información en inglés sobre la foto
Vista de primer plano del método de inoculación por perforación vascular. Alfileres muy finos son pasados por un extracto verde que contiene el virus. Entonces los alfileres se ponen en una semilla de maíz para inocularla con el virus.

En 2001, un paquete llegó en el correo dirigido al equipo poco conocido en un laboratorio en un pueblecito de Ohio. El paquete contuvo pedazos de maíz dulce infectados por un virus misterioso. La infección viral se manifestó como manchas y rayas que fueron variadas en color de verde pálido al amarillo al color crema.

Los detectives científicos tuvieron poca evidencia para estudiar. Los pedazos de hoja se secaron y desintegraron, porque las hojas habían sido removidas de plantas frescas de maíz en campos en Georgia varios días antes. El equipo también había recibido un paquete similar de Arizona, pero esas hojas manifestaron síntomas diferentes. Para identificar los patógenos virales sospechosos, los investigadores necesitaban muchas más hojas infectadas.

Afortunadamente, este grupo tenía las herramientas científicas y el conocimiento para cultivar su propio suministro de plantas infectadas para estudiarlas.

El equipo de responder rápido al virus, basado en el Centro de Investigación y Desarrollo Agrícola en la Universidad Estatal de Ohio, en Wooster, es la primera línea de defensa para detectar los ataques virales en maíz mundialmente, y en maíz y soya en los Estados Unidos.

Investigadores del Servicio de Investigación Agrícola (ARS por sus siglas en inglés), y la Universidad Estatal de Ohio (OSU) son parte del equipo. En ARS, Roy Gingery dirige el equipo, el cual es llamado oficialmente la Unidad de Investigaciones de Maíz y Soya. Los otros investigadores de ARS son la bióloga molecular Peg Redinbaugh, el genetista molecular Rouf Mian, y el patólogo de planta Ray Louie, quien está retirado pero todavía trabaja tres días por semana como un colaborador de investigación. Ellos y sus colegas de OSU estudian las interacciones entre los virus, plantas, e insectos para desarrollar métodos a reducir pérdidas causadas por enfermedades.

El técnico John Abt dice que ellos, al principio, trataron un método de "frotar la hoja", o 'leaf rub' en inglés, con las muestras del virus misterioso para aumentar el suministro de plantas infectadas. Ellos frotaron extractos de hojas infectadas en las hojas frescas de maíz que crecieron en un invernadero de cuarentena, pero las plantas de maíz no se infectaron.

Abt y sus colegas no se sorprendieron, porque este método no resulta con la mayoría de virus. "Puede ser que este virus necesita alcanzar células vasculares que están muy profundas en la planta," el dijo. "Frotando la hoja no era suficiente para permitir el virus a penetrar tan profundamente para alcanzar esas células."

Otro método para crear más plantas infectadas para investigaciones es ensayar una variedad de insectos para determinar cuales podrían transmitir los virus. Pero no había suficiente material de plantas para alimentar los insectos y comenzar las pruebas.

Inventando insectos artificiales

Cuando esta falta de material de planta ocurrió, el "método de inoculación por perforación vascular" ('vascular puncture inoculation' o VPI por sus siglas en inglés)—desarrollado por el equipo—jugó un papel decisivo. El científico Louie había estado trabajando en este "insecto artificial" desde 1991. El prototipo original fue basado en un concepto sencillo—y funcionó, aunque apareció primitivo. Primero, él escogió cinco alfileres muy finos y diminutos que se usan para montar los insectos muertos. Pegando los alfileres a un alambre achatado de cobre, hizo un peine de alfileres. Entonces este montaje entonces fue insertado en una herramienta que el joyero usa para grabar.

Roy Gingery y Dave Fulton usan un microscopio electrónico de barrido para ayudar a identificar patógenos en maíz de Serbia. Enlace a la información en inglés sobre la foto
El líder de investigaciones de ARS Roy Gingery (derecha) y el investigador asociado Dave Fulton, de la Universidad Estatal de Ohio, usan un microscopio electrónico de barrido para ayudar a identificar patógenos en muestras de maíz de Serbia.

Para usar el VPI, Abt y Louie molieron muestras de hojas infectadas para hacer un extracto líquido. Ellos pusieron una gota del extracto en una semilla remojada de maíz saludable. Entonces, ellos apretaron los dientes del peine por el extracto hacia adentro de la semilla suavizada, infectando el embrión de maíz con la ayuda de vibraciones de la herramienta del grabador. Esto les permitió a implantar virus en la semilla de maíz y cultivar una planta infectada de maíz.

El método de VPI permitió al equipo a producir suficiente tejido infectado para estudiar los virus. Esto eliminó la necesidad de encontrar y producir insectos que podrían transmitir los virus. Además, el método requirió solamente pocas muestras de hojas para las investigaciones.

Como resultado, los científicos pudieron identificar lo que llamaron el 'virus desconocido de Georgia ('Georgia unknown virus" en inglés). Luego, ellos le dieron el nombre de virus de la raya fina de maíz ('maize fine streak virus' en inglés). Ellos quedaron sorprendidos al encontrar que el virus Arizona, el cual ellos llamaban el virus de la raya necrótica de maíz ('maize necrotic streak virus' en inglés), era parte de la familia del virus llamado 'Tombusviridae'. Estos virus habían sido conocidos de infectar solamente las plantas de hojas amplias--tales como el tomate y el pimiento--pero no las cosechas de grano tales como el maíz. La mayoría de 'tombusviruses' son transmitidos por el suelo, no por los insectos—que significa que es menos probable que los virus transmitirán lejos.

Tim Mendiola usa el método de "frotar la hoja" para transmitir el virus del mosaico de la vaina del poroto a la soya en un invernadero. Enlace a la información en inglés sobre la foto
El técnico Tim Mendiola usa "inoculación por frotar la hoja" ('leaf rub inoculation' en inglés) para transmitir el virus del mosaico de la vaina del poroto ('bean pod mottle virus' en inglés) a la soya en un invernadero en el Centro de Investigación y Desarrollo Agrícola de Ohio, en Wooster.

"Pero tenemos que tomar en serio este virus, porque han descubierto que si infectan un campo de maíz, es poco probable que el granjero podría cosechar una sola mazorca," Redinbaugh dice.

Ella y su equipo han descubierto un insecto, la saltarilla de cara negra ('black faced leafhopper' en inglés), que transmite el virus de la raya fina de maíz. Ellos también han mapeado los genomas completos de ambos virus.

Usando VPI, el equipo de responder rápido al virus ha podido transferir todos de los virus importantes de maíz a las plantas de maíz. Ellos también han usado el método con otras cosechas, incluyendo la soya, el trigo y el arroz.

"Este método nos da la opción de enviar semillas infectadas, en vez de muestras de hoja. Semillas pueden resistir mejor el envío. El método ha estado funcionando muy bien," dice Abt. Él ha enviado exitosamente semillas infectadas de maíz a investigadores en Wisconsin que estudian los virus.

Vista de primer plano del saltador de la planta de maíz. Enlace a la información en inglés sobre la foto
El saltador de la planta de maíz o 'corn planthopper' en inglés (Peregrinus maidis) transmite el virus mosaico de maíz.

Si se entra el laboratorio de Abt y Louie mientras que ellos están trabajando, se vería los prototipos nuevos y viejos de VPI funcionando simultáneamente. Abt está infectando semillas de maíz con la herramienta de grabar unida al peine de alfileres casero, mientras Louie usa una versión más moderna. Vibraciones cortas, y de sonido bajo, han reemplazado el zumbido ruidoso y de tono alto de la herramienta que el joyero usa para grabar.

Transfiriendo la tecnología

El equipo tiene un acuerdo cooperativo de investigación y desarrollo (CRADA por sus siglas en inglés) con la compañía Pioneer Hi-Bred Internacional, Inc., ubicada en Johnston, Iowa, para refinar, automatizar y mejorar la técnica de VPI. Pioneer planea usar VPI en los programas de reproducción alrededor del mundo para seleccionar la resistencia a las enfermedades virales importantes.

VPI es una contribución importante al programa de combatir las enfermedades de plantas, pero no es el único logro del equipo.

Vista de primer plano de dos saltarillas de cara negra. Enlace a la información en inglés sobre la foto
La saltarilla de cara negra o 'black-faced leafhopper' en inglés (Graminella nigrifrons) transmite el virus de la raya fina de maíz ('maize fine streak virus' en inglés), y el virus del enanismo clorótico del maíz o 'maize chlorotic dwarf virus' en inglés.

Los científicos proporcionan a los criadores una caja de detección viral. Sus mapas genéticos de soya y maíz proveen a los cultivadores un "mapa carretero" de marcadores e indicios para ayudar a buscar la resistencia viral en su propio surtido de germen plasma. Además de identificar las nuevas enfermedades virales y sus vectores, el equipo también quiere usar versiones seguras de virus para transferir genes de plantas en las cosechas para investigar sus funciones.

Los miembros del equipo viajan a los países extranjeros de vez en cuando. En 2004, Redinbaugh y Gingery, acompañados por el genetista de maíz de OSU Rich Pratt, fueron a Serbia para ayudar a identificar un patógeno sospechoso, tal vez un virus nuevo, que estaba atacando el maíz. En Serbia, ellos compartieron los técnicos del equipo y el método VPI así que científicos de Serbia podrían formar sus propios equipos de responder rápido. El Servicio de Agricultura Extranjera del Departamento de Agricultura de Estados Unidos solicitó la ayuda del equipo. Los científicos todavía están trabajando en la identificación del patógeno en Serbia.

"Primero, tenemos que identificar el patógeno y, segundo, los vectores que lo transmiten. Entonces buscaremos en la colección de germen plasma de maíz para los genes que son resistentes al patógeno," dijo Redinbaugh.

Una herramienta muy importante para identificar los virus es un microscopio electrónico. El equipo también usa herramientas modernas para hacer las imágenes—tales como los microscopios confocales y microscopios electrónicos de barrido—en el Centro de Hacer Imágenes Moleculares y Celulares, en Wooster.

Jane Todd usa un aspirador para colectar las saltarillas de cara negra.  Enlace a la información en inglés sobre la foto
La técnica Jane Todd usa un aspirador para colectar las saltarillas de cara negra (Graminella nigrifrons) para transmitir el virus de la raya fina de maíz.

"Estamos afortunados que todos los miembros del equipo están cerca," Redinbaugh dice. "Juntos, tenemos la experiencia en varias áreas diferentes, incluyendo la clonación, los genéticos, biología de plantas, entomología y virología".

Respondiendo a las amenazas virales—viejas y nuevas

El equipo se formó por primera vez en la década de 1960s en reacción a una epidemia doble del virus del enanismo clorótico del maíz ('maize chlorotic dwarf virus', o MCDV en inglés) y del potivirus del mosaico enano del maíz ('maize dwarf mosaic virus' en ingles), los cuales devastaron los campos del maíz en Ohio. Hoy en día, el medio oeste de E.E.U.U. enfrenta una amenaza potencial a las soyas a causa de varios motivos. Estos incluyen: lluvia excesiva; poblaciones aumentadas de insectos causadas por los inviernos moderados; el uso extendido de menos labranza; el uso de menos rotaciones cosechadas; la llegada del áfido de soya en los Estados Unidos; y la amenaza aumentada de los virus exóticos a la vez que los viajes y el comercio aumentan—incluyendo importaciones crecientes de plantas ornamentales.

Por ejemplo, Ohio ha experimentado la mayoría de las enfermedades imaginables de soya durante los últimos dos años lluviosos, 2003 y 2004. Afortunadamente, un otoño seco salvó la cosecha de soya del 2004, resultando en una cosecha récord.

Pero en años recientes, el virus del mosaico de la vaina del poroto ('bean pod mottle virus' en inglés) ha emergido como un nuevo patógeno de soya en Ohio. Además, poblaciones del escarabajo de la hoja de la habichuela ('bean leaf beetle' en ingles), cual es el insecto que transmite el virus, también ha estado aumentando. Este virus es parte de una familia importante de virus, el Comoviridae y no solo puede disminuir los rendimientos, sino también puede reducir la calidad de las semillas a causa de decoloración.

Peg Redinbaugh poliniza maíz durante experimentos para mapear la resistencia al virus. Enlace a la información en inglés sobre la foto
La bióloga molecular de plantas Peg Redinbaugh poliniza maíz durante experimentos para mapear la resistencia al virus.

Poblaciones del áfido de soya han alcanzado el máximo cada otro año desde que ellos fueron descubiertos por primera vez en los Estados Unidos en 2001 en los estados cerca de los lagos grandes. Por esta razón, los áfidos pueden ser un problema otra vez en 2005. Los investigadores están estudiando los áfidos para determinar si los insectos transmiten algunos virus.

Mientras tanto, amenazas antiguas tales como el MCDV causan pérdidas significativas en maíz en la región sureste de E.E.U.U. El equipo, dirigido en este proyecto por el entomólogo de OSU Saskia Hogenhout, ha producido anticuerpos que han detectado varias proteínas de MCDV en insectos y plantas infectadas, incluyendo uno que se cree capaz de facilitar la transmisión del virus. Esta proteína "ayudante" es un puente que une las partículas del virus a la región bucal de las saltarillas. Identificar la interacción entre la proteína "ayudante" y la partícula viral ayudará a determinar como el virus es transmitido de una planta a otra durante las epidemias, y podría sugerir maneras para interrumpir la transmisión y, por fin, prevenir las epidemias.

Los miembros del equipo Mark Jones, un agrónomo, y Bob Anderson, un entomólogo (ahora retirado), fueron responsables principalmente por identificar la parte del genoma de maíz que contiene resistencia a MCDV, y por identificar marcadores genéticos para estos genes. Redinbaugh dice que cuando ella vino a Wooster hace seis años, tres logros ayudaron a preparar su grupo para identificar los genes de resistencia en maíz. Primero, el equipo encontró una manera para transmitir el virus con una taza alta de éxito; segundo, ellos encontraron germen plasma de maíz con el nivel mas alto de resistencia—del Caribe; y, tercero, en colaboración con Rich Pratt de OSU, ellos habían designado una manera para asignar puntajes para indicar la cantidad de resistencia en germen plasma de cosechas.

Ahora el equipo actual de investigadores de ARS y OSU está preparando la vía para éxitos futuros en proteger cosechas estadounidenses de enfermedades virales. —Por Don Comis, ARS.

La versión en inglés de "El equipo de responder rápido al virus siempre está listo" ("Viral Strike Team Always on Alert") fue publicada en la revista 'Agricultural Research' de mayo 2005.

Última Modificación: 4/29/2005
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