Detrás de muchas plagas agrícolas hay un virus que se propaga antes de que aparezca cualquier síntoma. Un equipo científico español propone una manera de adelantarse a ese momento: plantas que se iluminan y cambian de color para avisar de la infección.
El Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto del CSIC y la Universitat Politècnica de València (UPV), ha desarrollado un método para vigilar plagas y enfermedades en los cultivos basado precisamente en plantas que brillan en la oscuridad.
El sistema logra que la planta emita una luz amarilla cuando está sana y que esa luz vire al verde en cuanto un virus la infecta. El cambio puede captarse con una cámara fotográfica convencional antes de que el cultivo muestre ningún síntoma visible.
El hallazgo, que toma prestado el mecanismo con el que algunos hongos producen luz, se ha publicado en la revista Nature Communications (1).
Una luz piloto biológica
Hemos creado plantas que brillan en la oscuridad y que, además, cambian de color cuando se infectan por un virus
Diego Orzáez, IBMCP (CSIC-UPV)
“Hemos creado plantas que brillan en la oscuridad y que, además, cambian de color cuando se infectan por un virus”, destaca Diego Orzáez, investigador del CSIC en el IBMCP y uno de los autores principales del estudio. El punto de partida es la bioluminiscencia de los hongos, esa capacidad natural de algunas especies para emitir su propia luz.
En ese proceso, cuatro enzimas transforman un compuesto natural de la planta –el ácido cafeico– en una molécula que, al oxidarse, libera luz. Con esa misma maquinaria, los investigadores han programado genéticamente plantas de tabaco para que brillen con una luz amarilla constante, a modo de luz piloto que confirma que todo funciona bien.
Cuando un virus entra en escena, ese resplandor amarillo vira al verde. Para llegar hasta aquí, el equipo introdujo primero los genes de la bioluminiscencia fúngica mediante virus modificados, lo que le permitió seguir de forma visual la infección y localizar las zonas afectadas.
Después afinó un sistema centinela con dos señales distintas para avisar de la llegada de los potyvirus, el grupo más numeroso de virus que atacan a las plantas y que incluye algunos de los más dañinos para la agricultura. Las pruebas se han realizado en Nicotiana benthamiana, un pariente del tabaco muy utilizado como planta modelo en la investigación.
Más ágil que la PCR
Nuestra planta, en cambio, monitoriza la infección de forma continua y autónoma, sin necesitar reactivos externos ni tomar muestras
Marta Vázquez, IBMCP (CSIC-UPV)
“Nuestra planta, en cambio, monitoriza la infección de forma continua y autónoma, sin necesitar reactivos externos ni tomar muestras”, explica Marta Vázquez, investigadora postdoctoral en el IBMCP y autora principal del trabajo. El matiz importa porque los métodos de diagnóstico habituales no funcionan de esa manera.
La PCR y el ELISA, las dos técnicas de referencia, detectan respectivamente el material genético del virus o sus proteínas con gran fiabilidad. A cambio, exigen tiempo, personal especializado e instalaciones de laboratorio, además de la toma de muestras una a una.
El planteamiento encaja en una idea más amplia que persiguen los autores: convertir las propias plantas en biosensores autónomos capaces de vigilar su salud sin ayuda externa. En lugar de analizar el cultivo desde fuera, es el propio cultivo el que informa de su estado.
Es como un detector de humos biológico integrado en el propio cultivo
Marta Vázquez, IBMCP (CSIC-UPV)
“Es como un detector de humos biológico integrado en el propio cultivo”, resume Vázquez. El diseño de doble salida, con dos colores posibles, reduce además los falsos negativos: si la planta deja de brillar por completo, esa ausencia de luz también funciona como señal de alarma.
Centinelas en los invernaderos
El cambio de color es específico del virus y detectable con una cámara fotográfica convencional
Diego Orzáez, IBMCP (CSIC-UPV)
“El cambio de color es específico del virus y detectable con una cámara fotográfica convencional”, asegura Orzáez. El equipo ha llevado la idea al terreno práctico con un ensayo de cultivo intercalado: mezcló las plantas centinela con tomates infectados de forma experimental y comprobó que aquellas detectaban la infección antes de que el tomate mostrara síntomas visibles.
La aplicación más inmediata es, precisamente, esa vigilancia temprana en invernaderos y cultivos en entornos controlados. Bastaría con intercalar unas pocas plantas centinela entre la cosecha para detectar los brotes antes de que se extiendan al resto de las plantas, sin necesidad de montar un laboratorio sobre el terreno.
A más largo plazo, el mismo principio podría adaptarse a otros virus e incluso a bacterias u hongos que cuenten con enzimas similares. Sus responsables ven además un papel en el contexto del cambio climático, donde la llegada de nuevos patógenos invasores vuelve cada vez más urgente la detección temprana.
El trabajo, liderado por el IBMCP, ha contado con la colaboración del 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. La investigación ha sido financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Generalitat Valenciana y la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).
Referencias
- (1) Bioluminescent sentinel plants enable autonomous diagnostics of viral infections. Nature Communications.
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