Archivo |
English
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. Las semillas crecerán como una planta infectada.
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.
|
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.
|
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.
|
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.
|
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.
|
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.
|
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.
