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    Investigadores digitalizan ruta del mayor enemigo de la papa

Llega la temporada de lluvias, y con ella la preocupación de los papicultores colombianos. La humedad del suelo favorece la aparición de plagas y enfermedades, entre ellas el tizón tardío, o gota de la papa, considerado como el cáncer de este tubérculo.

El impacto económico que genera este patógeno es importante por los graves problemas socioeconómicos que acarrea, además de las grandes pérdidas en la producción de los cultivos de diferentes regiones del mundo. Se estima que su presencia puede malograr cerca del 80 % de la cosecha en cada ciclo, lo que implica la pérdida de alrededor de 5.000 millones de dólares cada año.

El aire funge como cómplice de Phytophthora infestans (Mont.) –un organismo del grupo Oomycetes muy cercano a los hongos y a las algas, causante del tizón tardío– pues se encarga de expandirlo por casi todo el territorio, incluidos los departamentos de Cundinamarca, Boyacá y Nariño, que representan el 80 % del área sembrada en el país, y que lideran la producción nacional del tubérculo.

Basta con que empiecen a caer unas gotas de lluvia para que las esporas móviles o zoosporas –encargadas de iniciar la infección– aterricen sobre las hojas de la planta. Si hay agua líquida en la “piel” de la papa la penetran a través de los estomas, es decir de sus “poros”.

El profesor Carlos Ñústez, de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia (UN) Sede Bogotá, afirma que “con el paso de los días, las hojas presentan manchas circulares que van pasando de color marrón a negro y se expanden por toda la planta llegando a los tallos y tubérculos, cuya piel se va decolorando.

El desarrollo natural de la papa común mientras es atacada por el tizón tardío se ha “traducido” al lenguaje informático. El proceso consistió en reconstruir el metabolismo de la planta, es decir la serie de reacciones bioquímicas que determinan el comportamiento de las células atacadas.

El modelo computacional permite probar las hipótesis acerca de cómo es el mecanismo de infección del patógeno en la planta y hacer predicciones en laboratorio que ahorran tiempo en las investigaciones.

Su creadora, Kelly Botero Orozco, magíster en Ingeniería Bioinformática de la Facultad de Ingeniería de la un Sede Bogotá, afirma que “la herramienta puede ser usada por fitopatólogos, quienes podrían generar estrategias de manejo integrado de la enfermedad, más allá del uso de fungicidas para limitar la propagación del tizón. Esto tendría mayor impacto si se trabaja con instituciones que están en contacto permanente con agricultores, para así llevar una adecuada transferencia tecnológica”.

Aplicable al mundo real

Para desarrollar el modelo, la magíster representó la apariencia y el comportamiento de la planta a través de una red metabólica que integra información genómica y bioquímica. Posteriormente, para evidenciar las reacciones químicas alteradas en la planta por la infección de Phytophthora infestans, integró datos genómicos tomados en el transcurso de 24 horas del desarrollo de la enfermedad.

Considerando que cuando la papa común es infectada tiene dificultades para capturar la energía solar, se determinaron tres momentos de posinoculación del patógeno del tizón tardío a los 0, 1 y 3 días, y se analizaron las rutas metabólicas afectadas, principalmente aquellas asociadas con la fotosíntesis, como: reacciones lumínicas, fijación de carbono y fotorrespiración (proceso que les permite generar energía y respirar).

Al respecto, la investigadora menciona que “estudios previos reportan una posible disminución de la capacidad de la planta infectada para hacer fotosíntesis, aunque la manera como se van transformando los mecanismos metabólicos no se han comprendido muy bien”.

En ese sentido, algo fundamental en el desarrollo de modelos computacionales es que puedan ser aplicados al mundo real para que sus predicciones tengan un nivel de confianza alto y se puedan trasladar a ensayos biológicos.

Los resultados de la investigación reflejaron lo observado en campo, es decir, mostraron que efectivamente durante la enfermedad disminuye la capacidad fotosintética, evidenciada a través de las reacciones lumínicas de fotosíntesis y fijación de carbono, y el mismo modelo predice que esta reducción puede estar asociada con un mecanismo de defensa rápido de la planta para producir peróxido de hidrógeno –molécula asociada con procesos básicos de aclimatación y defensa–, mediante fotorrespiración.

Sin embargo en el combate planta-tizón la papa termina derrotada: “observamos que esta disminuye su capacidad tanto para almacenar reservas de energía –a través del almidón– como para sintetizar biomasa en la hoja”, explica la magíster.

El modelo reduce costos asociados

El profesor Andrés Pinzón, director del grupo Bioinformática y Biología de Sistemas Computacional de la un, destaca que los modelos computacionales son herramientas que nunca terminan de ser mejoradas, aunque el propuesto por la magíster Botero tiene un nivel de predicción del 70 %, es decir que es altamente eficaz.

Así mismo señala que el desarrollo de dichas herramientas tecnológicas es una tendencia que cada vez cobra mayor fuerza en la investigación científica moderna, pues reducen los costos asociados con ensayos en el laboratorio y, en la mayoría de los casos, permiten dirigir la investigación hacia aquellos “blancos” o procesos que tienen mayor probabilidad de afectar o dar respuesta a preguntas de investigación”.

“Su desarrollo no es una tarea fácil y requiere de un trabajo mancomunado entre el laboratorio computacional y el húmedo; por ejemplo en este caso trabajamos conjuntamente con el Laboratorio de Micología y Fitopatología de la Universidad de los Andes y con el Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia (Bios)”, apunta el investigador.

En ese sentido, haber recreado la realidad computacional de la papa común cuando es atacada por el tizón tardío, gracias a la bioinformática, es una gran noticia para el agro nacional y mundial, pues desde ahora se cuenta con un recurso tecnológico que permite profundizar en el estudio de una de las enfermedades más agresivas de las plantas, como es el tizón tardío; es un ejemplo más de cómo la tecnología beneficia al campo.

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