Determinación de los mecanismos moleculares que rigen las interacciones entre plantas y patógenos y desarrollo de herramientas para contribuir al control de enfermedades
Objetivo General
Comprender los mecanismos moleculares de las interacciones planta-patógeno y desarrollar herramientas y metodologías de diagnóstico de patógenos vegetales para contribuir a un manejo sostenible de los cultivos.
Resumen Ejecutivo
Las enfermedades reducen fuertemente el rendimiento y calidad de los cultivos, pudiendo incluso afectar la inocuidad de los alimentos producidos. Esta situación se ha agravado como consecuencia del calentamiento global. Actualmente, el sector productivo demanda conocimiento sobre los patosistemas, la caracterización de sus componentes e interacciones así como herramientas de identificación de patógenos para contribuir al manejo sanitario sostenible. La reciente disponibilidad de técnicas ómicas, soluciones bioinformáticas, enfoques de la biología de sistemas, e incluso la inteligencia artificial surgen como herramientas esenciales para el estudio de las bases moleculares de interacciones entre las plantas y los patógenos. Por su parte, el diagnóstico vegetal ha sido notablemente potenciado por el avance y desarrollo reciente de numerosas tecnologías (NGS, CRISPR-Cas, amplificación isotérmica y de círculo rodante de ácidos nucleicos, nanoanticuerpos, etc). En ese contexto, el objetivo general del proyecto es comprender los mecanismos moleculares de las interacciones planta-patógeno y desarrollar herramientas y metodologías de diagnóstico de patógenos vegetales para contribuir a un manejo sostenible de los cultivos. Para ello se vale de RRHH formados y experimentados en las áreas de fitopatología, biotecnología y mejoramiento vegetal y de los productos y resultados obtenidos en las carteras anteriores. En particular, se propone caracterizar las interacciones entre plantas y microorganismos a nivel molecular, estudiando diversos patosistemas de interés primordial para la agricultura nacional, aportar resultados para comprender mejor la especificidad de estas interacciones, dilucidar los mecanismos de regulación génica involucrados en la resistencia/susceptibilidad del hospedante y contribuir a la identificación de efectores de virulencia del patógeno. Asimismo, se plantea identificar genes que cumplan roles clave en el establecimiento de la enfermedad o en la severidad de síntomas y moléculas con actividad inductora de inmunidad, que tengan por lo tanto potencial biotecnológico. Por su parte, se propone generar reactivos y desarrollar y optimizar técnicas de diagnóstico para la detección temprana de enfermedades reglamentadas o cuarentenarias y el diagnóstico como primer paso para la toma de decisiones de un adecuado manejo de las enfermedades. Estos recursos son fundamentales para potenciar la capacidad del diagnóstico de los laboratorios del INTA. Este proyecto articulará estrechamente con otros proyectos e instrumentos de la institución y el sector de CyT nacional e internacional, transferirá los conocimientos y tecnologías que se desarrollen en el marco del proyecto al Sistema Agropecuario mediante su licenciamiento a empresas privadas o un acceso público y libre según el caso y se comunicarán los resultados obtenidos en ámbitos académicos y a la sociedad en general.
Descripción de Problemas y Oportunidades
La ocurrencia de una enfermedad es la resultante de la interacción entre el hospedante, el patógeno y el ambiente. Un cuarto factor considerado recientemente incluye los vectores que transmiten patógenos y la microbiota de la planta y el suelo. Estas interacciones determinan el desarrollo e intensidad de una enfermedad, como también la magnitud de las pérdidas de rendimiento y calidad asociadas. Comprender las bases que rigen estas interacciones es esencial para desarrollar estrategias de manejo y control sustentables e innovadoras. Las nuevas tecnologías asociadas a las ciencias de la vida y a la ciencia de datos ofrecen muchas aproximaciones para este propósito. La aplicación de estas aproximaciones contribuye tanto al proceso de toma de decisión para el manejo de los cultivos, como a avances en el conocimiento de las redes de regulación génicas y metabólicas que participan de la infección y la defensa para el desarrollo de estrategias de control de enfermedades. Por ejemplo, se han descrito mecanismos de defensa vegetal que se inducen mediante el reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos, así como las estrategias de manipulación de estos mecanismos mediante efectores de virulencia de los patógenos. Asimismo, se han descrito mecanismos de silenciamiento génico, cambios epigenéticos asociados a las respuestas de resistencia y el rol de elicitores moleculares de la microbiota en la protección de las plantas. Cabe destacar que estas interacciones moleculares evolucionan rápidamente y son propias de cada patosistema. También señalar que los mecanismos de defensa son afectados por el ambiente, por lo cual es importante estudiar estos sistemas en el marco del cambio climático, abordando cada enfermedad y cada hospedante de una manera particular e integral. En suma, para desentrañar la compleja red de interacciones génicas, microbianas y metabólicas, incluidos los de señalización que median las interacciones entre microorganismos y hospedantes se necesita emplear métodos biológicos clásicos, nuevas tecnologías, una mirada de biología de sistemas y enfoques de modelado cuantitativo. Complementariamente, el diagnóstico vegetal tiene cuatro siglos de historia y una evolución constante aprovechando el avance en las tecnologías. Desde la década de 1980 se produjeron innovaciones que produjeron saltos cualitativos en el diagnóstico como son la implementación de las técnicas de ELISA (basada en antisueros policlonales y anticuerpos monoclonales) y PCR/RT-PCR/RT-qPCR, siendo las técnicas más utilizadas en todo el mundo. Estas últimas han evolucionado hacia el multiplexado (análisis simultáneo de distintos agentes) o mediante el uso de iniciadores polivalentes que permiten el diagnóstico de géneros o incluso familias de patógenos. Actualmente, el diagnóstico evoluciona hacia técnicas más sensibles y rápidas. La aplicación de técnicas basadas en secuenciación masiva permite identificar patógenos en baja concentración, en complejo de infecciones mixtas e identificar agentes patógenos no conocidos previamente, aunque, todavía su costo limita su implementación como técnica de rutina. Por otro lado, las técnicas basadas en LAMP (amplificación isotérmica mediada por bucles) permiten el diagnóstico rápido y sin la necesidad de utilizar equipos sofisticados, ni capacidades específicas con posibilidad de realizar el diagnóstico a campo. La reciente incorporación del sistema CRISPR/Cas en el diagnóstico aporta nuevas alternativas. El disponer de técnicas de bajo costo utilizando capacidades institucionales para el desarrollo de reactivos de diagnóstico nacionales amplía el espectro de aplicación del diagnóstico. Nuevos desarrollos como los nanoanticuerpos de camélidos constituyen las moléculas más pequeñas con capacidad de unión a un antígeno y su versatilidad, bajo costo de producción y el hecho de ser monoclonales hacen que puedan utilizarse en aplicaciones biotecnológicas incluyendo el diagnóstico. Además, el desarrollo de antisueros policlonales a partir de proteínas recombinantes de patógenos potencia el diagnóstico de rutina. Finalmente, es importante destacar que los nuevos desarrollos tienen como fin su implementación tanto en clínica fitopatológica como también en esquemas de regulación (certificación y cuarentena) y que es necesario armonizar las metodologías entre laboratorios de investigación y desarrollo y organismos de control.
Sede del proyecto
Coordinadores
