Diagnóstico avanzado de virus en cultivos
Los virus de plantas causan enormes pérdidas en la agricultura mundial al reducir el rendimiento y calidad de los cultivos, lo que afecta la disponibilidad y precios de los alimentos. Anualmente, estas enfermedades provocan pérdidas económicas estimadas en 30 mil millones de dólares. El diagnóstico preciso y oportuno de los virus permite realizar un manejo adecuado, desarrollar estrategias para su control y reducir las pérdidas. Existen centenas de especies virales que pueden infectar a los cultivos, y si a esto sumamos que hay variantes y cepas de cada especie su detección e identificación se complica.
Fotografía: Dalia primera variedad en México resistente a BCMV desarrollada con marcadores moleculares
El desafío de identificar virus en plantas
La detección de virus evolucionó desde la observación de síntomas hasta métodos como el ensayo de inmunoadsorción ligado a enzimas (ELISA) o la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que son dos de los métodos más comúnmente utilizados. Aunque estos representan avances importantes, requieren conocer previamente qué virus buscar, similar a buscar una aguja específica en un pajar que contiene distintos tipos de agujas, lo que complica el descubrimiento de nuevas amenazas o detectar distintos virus simultáneamente. La secuenciación de alto rendimiento (HTS) supera esta limitación al identificar simultáneamente todos los virus presentes en una planta, incluso a especies desconocidas.
La revolución de la secuenciación de alto rendimiento
La HTS permite leer millones de fragmentos de material genético en paralelo, similar a leer miles de páginas de un libro simultáneamente en vez de una por una. Sus ventajas incluyen el detectar a todos los virus presentes (viroma) en un solo análisis y descubrir nuevas especies virales, incluso en plantas sin síntomas, y proporcionar información sobre el genoma viral.
En el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), los investigadores han aplicado esta tecnología con enfoque en los RNAs pequeños (sRNA). Pequeñas moléculas de RNA entre las que se encuentran los RNAs pequeños de interferencia, que son producidos como parte del sistema de defensa de las plantas cuando detectan una invasión viral. Esta respuesta genera abundantes fragmentos del ARN del virus que se aprovechan para identificar al patógeno.
¿Cómo funciona y se aprovecha el sistema inmune de las plantas para detectar a los virus?
Aunque las plantas no tienen anticuerpos como los humanos, poseen mecanismos de defensa fascinantes. Cuando un virus infecta una planta y este comienza a hacer copias de sí mismo, el sistema inmune de la planta detecta el material genético viral y lo corta en pequeños fragmentos (ARNs pequeños de interferencia virales o vsiRNA). El secuenciar estos fragmentos mediante HTS y ensamblarlos como las piezas de un rompecabezas con técnicas informáticas permite reconstruir el genoma completo del virus. La abundancia natural de vsiRNA durante la infección facilita detectar virus presentes incluso en cantidades mínimas.
Aplicaciones prácticas en cultivos mexicanos
El INIFAP ha aplicado esta tecnología en tres cultivos de importancia para México:
- Frijol: un alimento básico en la mesa mexicana
Los investigadores identificaron nueve virus diferentes que afectan a este cultivo en Jalisco, Guanajuato y Nayarit. Los más dañinos son el virus del mosaico común del frijol (BCMV) y el virus de la necrosis y mosaico común (BCMNV), transmitidos por semilla e insectos. También destaca el virus del mosaico amarillo dorado (BGYMV), transmitido por mosca blanca, que puede causar pérdidas de hasta 100% y está presente en Veracruz, Chiapas, Nayarit y Sinaloa. Además, descubrieron nuevas especies como el virus del mosaico severo de Phaseolus vulgaris (PvSMV) y el virus latente del frijol (BLV).
Fotografía: Especies virales identificados en frijol en el centro mesoamericano de domesticación mediante HTS Chiquito-Almanza et al. 2021
El INIFAP desarrolló una prueba que detecta simultáneamente a los tres virus principales (BCMV, BCMNV y BGYMV), ahorrando tiempo y recursos para identificar rápidamente a estos patógenos. Con esta información, se crean variedades resistentes para cada región, como ‘San Blas’ para Nayarit y el centro de México, y ‘Rubí’ para Veracruz y Chiapas, por mencionar algunas.
Fotografía: Frijol infectado con BCMV Acosta-Gallegos et al., 2016
- Jitomate: uno de los pilares de la cocina mexicana
En jitomate, otro cultivo emblemático de México, se detectaron tres virus: dos begomovirus (ToGMoV y PHYVV) y una nueva variante del virus del mosaico del tomate (ToMV). Este último es particularmente problemático por transmitirse a la semilla y sobrevivir en el suelo durante años. El INIFAP está trabajando con jitomates nativos mexicanos para desarrollar nuevas variedades y contribuir a reducir la dependencia de semillas importadas. Entre sus objetivos está el incorporar resistencia a ToMV.
Fotografía: Virus identifcados en jitomate nativo González-Pérez et al., 2024
Fotografía: Esquema representativo del ensamble de genomas virales González-Pérez et al., 2024
- Garbanzo: un cultivo de exportación
En garbanzo, identificaron un nuevo virus al que llamaron “virus del enrollamiento de la hoja del garbanzo” (CpLRV). Este descubrimiento es reciente y aún se estudia su distribución e impacto económico.
Fotografía: Garbanzo infectado con la nueva especie viral CpLRV identificado por HTS
De la identificación a la acción: control de enfermedades virales
A diferencia de las infecciones bacterianas o fúngicas que son tratables con antimicrobianos, actualmente no es posible “curar” a una planta infectada por virus. Por ello, las estrategias de control se centran en dos frentes: la prevención a través de la rotación de cultivos, uso de semilla certificada y desinfección de herramientas; y la resistencia genética que incluye el desarrollo de variedades con genes que resisten infecciones virales.
El mejoramiento genético para obtener variedades resistentes constituye una solución sostenible. Con la información proporcionada por la HTS sobre los virus presentes en cada región, los mejoradores seleccionan específicamente los genes de resistencia necesarios para cada zona. En frijol, por ejemplo, los genes más importantes son el dominante I y el recesivo bc-3 que brindan resistencia contra BCMV y BCMNV, y el bgm-1 contra BGYMV, para los cuales existen marcadores moleculares que facilitan su identificación.
Fotografía: Frijoles infectados por distintas especies de virus
El futuro de la tecnología y su impacto en la agricultura
Si bien, la HTS ofrece ventajas significativas, aún enfrenta desafíos como la estandarización de métodos, altos costos y tiempo de procesamiento. El INIFAP ha implementado estrategias para reducir costos mediante el análisis de muestras compuestas y optimiza estas metodologías para aplicarlas a otros cultivos prioritarios. Con el avance tecnológico, será posible en el mediano y largo plazo establecer sistemas de vigilancia para la detección temprana de nuevas amenazas virales.
La integración de la secuenciación de alto rendimiento y el uso de marcadores moleculares en los programas de mejoramiento genético representa un ejemplo exitoso de cómo la ciencia moderna aporta soluciones a problemas agrícolas tradicionales. Estas innovaciones mejoran nuestra comprensión de las enfermedades virales y proporcionan herramientas para desarrollar variedades resistentes adaptadas a cada región. El resultado beneficia directamente a los agricultores mexicanos al reducir pérdidas de cosechas y disminuir la necesidad de insumos, contribuyendo a la seguridad alimentaria y soberanía de México.
