Científicos españoles han desarrollado plantas que brillan en la oscuridad y que cambian de color cuando las infecta un virus con el objetivo de que sean utilizadas para la detección temprana de plagas y enfermedades en cultivos con el uso de cámaras fotográficas convencionales.
El desarrollo de este «detector de infecciones biológico» está liderado por el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), y ha sido publicado en la revista Nature Communications.
También colaboran el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC), la Unidad Central de Investigación en Medicina de la Universitat de València y el MRC Laboratory of Medical Sciences de Londres.
Mecanismo inspirado en hongos
Utilizando un mecanismo de emisión de luz inspirado en hongos, los investigadores han creado un sistema bioluminiscente por el que una planta emite un tipo de luz cuando está sana y otro cuando es infectada por un virus, un cambio que puede detectarse con cámaras fotográficas convencionales antes de que aparezcan síntomas de la enfermedad.
Ese sistema se basa en cuatro enzimas que transforman un compuesto natural de la planta (ácido cafeico) en una molécula que, al oxidarse, desprende una luz verde constante.
“Usando la misma maquinaria que hace brillar a ciertos hongos, hemos programado genéticamente plantas de tabaco para que emitan una luz amarilla de forma continua, como una luz piloto que indica que todo funciona bien. Cuando un virus las infecta, esa luz cambia a verde», ha explicado Diego Orzáez, investigador del CSIC en el IBMCP y uno de los autores principales del estudio.
Cómo se hizo
El equipo de investigación ha demostrado la eficacia del sistema en plantas transgénicas de Nicotiana benthamiana, pariente del tabaco que se utiliza como planta modelo en investigación.
En primer lugar, introdujeron en la planta genes del sistema de bioluminiscencia de los hongos mediante virus modificados, lo que facilitó el seguimiento visual de la infección y de las zonas afectadas.
Posteriormente, desarrollaron un sistema centinela con dos señales distintas para indicar la infección por potyvirus (el género más grande de virus que infectan plantas y que incluye algunos de los más dañinos para la agricultura) mediante un cambio en el color de la luz emitida por la planta.
Cuando no hay infección, las plantas emiten una luz amarilla constante, lo que indica que el sistema funciona correctamente. Pero si la planta se infecta con los potyvirus, una enzima del virus activa un cambio de color en la luz, que puede detectarse fácilmente con dispositivos de bajo coste.
«También hemos probado el sistema en un escenario de cultivo intercalado, mezclando estas plantas centinela con tomates infectados experimentalmente, y las plantas detectaron la infección antes de que el tomate mostrara síntomas visibles», ha subrayado el investigador
Sin reactivos externos ni toma de muestras
Los métodos actuales de diagnóstico vegetal, como la PCR o el ELISA, que detectan el material genético del virus o sus proteínas respectivamente, destacan por su precisión. Sin embargo, requieren de tiempo, personal especializado e instalaciones de laboratorio.
“Nuestra planta, en cambio, monitoriza la infección de forma continua y autónoma, sin necesitar reactivos externos ni tomar muestras”, ha apuntado Marta Vázquez, investigadora postdoctoral en el IBMCP y autora principal del trabajo.
Además, el diseño de doble salida con dos colores distintos minimiza los falsos negativos, ya que, si la planta deja de brillar completamente, también es una señal de alerta. «Es como un detector de humos biológico integrado en el propio cultivo”, señala.
Potencial
Entre las aplicaciones de este sistema, la más directa es la vigilancia temprana de enfermedades virales en invernaderos y cultivos en entornos controlados, donde bastaría con intercalar unas pocas plantas centinela entre el cultivo para detectar brotes antes de que se extiendan.
A largo plazo, el mismo principio puede adaptarse a otros virus, e incluso a bacterias u hongos que tengan enzimas similares. También tiene potencial en el contexto del cambio climático, donde la llegada de nuevos patógenos invasores hace cada vez más urgente la detección temprana. EFE Verde
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