Biotecnología contra enfermedades del cafeto

Por Marytere Narváez

Mérida, Yucatán. 23 de diciembre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- En el Panorama agroalimentario de Café 2016 emitido por los Fideicomisos Instituidos en Relación con la Agricultural (FIRA), se estima que la producción mundial de café en el ciclo 2016-2017 incremente 1.6 por ciento con respecto a la cosecha del ciclo previo, para ubicarse en 155.7 millones de sacos de 60 kilogramos, es decir, el tercer nivel más alto de la historia.

Coffea arabica, Crédito Wikimedia Commons.

En México, la producción de café reportó su nivel mínimo desde que se tiene registro. El Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA) estima que durante el ciclo 2016-2017 la producción de café en México disminuya a una tasa anual de 8.0 por ciento, mientras que el consumo se incremente 1.5 por ciento con respecto al ciclo previo.

De acuerdo con estas estimaciones, por primera vez desde 1960 la producción de café en México sería 2.1 por ciento inferior al consumo nacional. Así también, por primera ocasión el volumen de las exportaciones mexicanas de café, en su equivalente en café verde, serían inferiores a las importaciones en 2.7 por ciento, lo que resultaría en un déficit comercial de 50 mil sacos de 60 kilogramos.

De acuerdo con el reporte, los principales factores que explican la disminución de la producción nacional durante la última década son la disminución de la superficie cosechada y la reducción de la productividad de los cafetales, relacionada principalmente con la avanzada edad de las plantaciones, afectaciones climatológicas y por la roya del café, considerada la enfermedad más destructiva del cafeto y la de mayor importancia económica a nivel mundial.

Clelia De la Peña Seaman, especialista en epigenética adscrita a la Unidad de Biotecnología del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), describió en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt que la roya es una enfermedad causada por el hongo fitoparásito Hemileia vastatrix, que ataca y destruye las hojas del cafeto, disminuyendo la capacidad de la planta para producir la energía necesaria para la producción del grano y causando una pérdida prácticamente total de la cosecha.

La roya (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) provoca la caída prematura de las hojas, propiciando el debilitamiento de árboles enfermos y en infecciones severas puede ocasionar la muerte de árboles. El impacto económico de la enfermedad no sólo se debe a la reducción de la cantidad y la calidad de la producción, sino también a la necesidad de implementar costosas medidas de control. La roya del cafeto está presente en México desde 1981 y actualmente el patógeno está presente en las principales regiones de café en el país. Fuente: Panorama agroalimentario de Café 2016 emitido por los Fideicomisos Instituidos en Relación con la Agricultural (FIRA).

Ante esta problemática, investigadores del CICY, la Universidad de Guanajuato (UGTO) y la Universidad Autónoma de Yucatán (UADY) desarrollaron el proyecto "Determinación de los cambios epigenéticos asociados con la diferenciación celular en la embriogénesis somática del café (Coffea canephora y Coffea arabica)".

“Una de las metas de este estudio es abrir la posibilidad de optimizar las herramientas biotecnológicas para el cultivo de plantas de importancia económica, por medio de la propagación masiva in vitro, para maximizar su eficiencia y potencial”, indicó la Investigadora Nacional con nivel II (SNI).

Reproducción por embriogénesis somática, un reto en café

Entre los individuos del reino vegetal existe un proceso natural conocido como embriogénesis somática, que consiste en la formación de un embrión a partir de cualquier tejido, sin la necesidad de la fusión de gametos. Este proceso se estudia en una gran variedad cultivos de importancia agroalimentaria, entre los que destaca el del café.

De acuerdo con Clelia De la Peña, la embriogénesis somática permite que las plantas sean capaces de reproducirse sin pasar por la fusión de las células germinativas. “Es un proceso por el cual una célula vegetativa cambia su programa genético y se convierte en una célula capaz de dar origen a un nuevo organismo”.

Víctor Manuel Loyola Vargas, Investigador Nacional Emérito (SNI) adscrito a la Unidad de Bioquímica y Biología Molecular de Plantas del CICY, resaltó que la embriogénesis somática ha sido una técnica muy eficiente para la producción de embriones somáticos, pues permite acortar el tiempo de cultivo y aumentar la selectividad de plantas élite, entre otras ventajas.

En la producción de café se distinguen dos variedades principales: arábiga (Coffea arabica) y robusta (Coffea canephora). A la primera pertenecen la mayoría de variedades comerciales disponibles en México, Colombia, Brasil y Centroamérica, y la segunda distribuye mayoritariamente en África, Asia y algunos países sudamericanos.

De acuerdo con Loyola Vargas, a diferencia de Coffea canephora, Coffea arabica ha presentado un enorme reto al momento de multiplicarla in vitro. “Es interesante observar que en especies del mismo género (Coffea), la respuesta embriogénica in vitro sea totalmente diferente. Por ejemplo, Coffea arabica produce una cantidad muy pequeña de embriones somáticos en comparación con el número de embriones que se obtienen en la especie Coffea canephora”, agregó De la Peña Seaman.

Un pequeño cambio hace la diferencia

De acuerdo con la investigadora, se sabe que la embriogénesis somática parte de la totipotencialidad (la capacidad para regenerar un individuo completo a partir de una sola célula) y la diferenciación celular, procesos que han sido estudiados en la literatura científica.

"Sin embargo, los mecanismos epigenéticos por los que la embriogénesis somática procede aún se desconocen. Por tanto, la contribución del proyecto se centró en investigar si los genes involucrados con la diferenciación celular en la embriogénesis somática están regulados por cambios epigenéticos, como son la metilación en el ADN y las modificaciones en las histonas", apuntó la investigadora.

La epigenética se refiere a los cambios que sufre la expresión de genes a nivel de cromatina (una sustancia constituida esencialmente por ADN y proteínas que se encuentra en el núcleo de las células eucariontes) sin que exista un cambio en la secuencia del ADN. Los cambios en la cromatina abarcan la metilación en la citosina del ADN y las modificaciones en las histonas, describió Loyola Vargas.

“El objetivo era facilitar la comprensión de la manera en que la planta regula los genes involucrados en la iniciación de la diferenciación celular, para así favorecer la formación de embriones en especies recalcitrantes como Coffea arabica”, señaló De la Peña.

Afectación en la metilación del ADN

La metodología empleada en el estudio se basó en el cultivo de tejidos vegetales en su variante de embriogénesis somática. Loyola Vargas describió que esta metodología consiste en cultivar explantes provenientes de la hoja de plántulas de cafeto cultivadas in vitro, en un medio rico en nutrientes y en presencia de reguladores del crecimiento vegetal.

"Después de varias semanas de cultivo, se colectan los embriones de los explantes y se ponen a germinar en un medio en ausencia de reguladores del crecimiento. Una vez que los embriones germinan, las plantulitas se someten a diferentes etapas de adaptación, con el fin de que sobrevivan su trasplante al campo", explicó.

Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista PLoS ONE en su edición de junio de 2015 bajo el título "Somatic Embryogenesis: Identified Factors that Lead to Embryogenic Repression. A Case of Species of the Same Genus", en el que los especialistas observaron que la embriogénesis somática de la C. canephora fue interrumpida en presencia de C. arabica, lo que demostró que alguna sustancia en el medio de C. arabica afecta la embriogénesis somática en  C. canephora.

Entre los hallazgos más sobresalientes, los investigadores describieron que la metilación en el ADN está fuertemente relacionada a la capacidad embriogénica en el café. "Se determinó que modificaciones en los patrones de metilación del ADN y de modificaciones covalentes en las histonas están fuertemente relacionados con la embriogénesis somática en C. canephora", indicó Loyola Vargas.

De acuerdo con IMBIOMED, la metilación del ADN es un proceso epigenético que participa en la regulación de la expresión génica de dos maneras. De manera directa impide la unión de factores de transcripción y de manera indirecta propicia la estructura "cerrada" de la cromatina.

Otro de los resultados importantes fue el desarrollo de un método muy eficiente para producir plantas en el laboratorio. “El método tiene el potencial, en el mediano plazo, de poder ser utilizado para la selección de plantas resistentes a enfermedades”, indicó Clelia De la Peña.

De acuerdo con los investigadores, el estudio de la regulación epigenética de la diferencia en la respuesta embriogénica entre C. canephora y C. arabica a la manipulación in vitro puede permitir identificar algunos de los elementos involucrados en el proceso de diferenciación celular, así como aportar respuestas que permitan mejorar la compresión en los procesos morfogénicos que llevan a cabo las células vegetales y permitir su manipulación genética con fines de mejoramiento.

Actualmente, los investigadores del CICY trabajan en el escalamiento de la técnica de la embriogénesis somática con el fin de poder emplearla de forma industrial. En palabras de Clelia De la Peña, el siguiente gran paso de la investigación consiste en saber si el remodelamiento de la cromatina es la clave que dicta la totipotencialidad celular en el café para así poder aplicar esta hipótesis a otras plantas.

"Todos los estudios que estamos realizando con estas dos especies versan sobre la posibilidad de producir, en forma comercial, variedades mejoradas de ambas especies. Estos estudios abarcan desde aspectos muy básicos de la diferenciación celular, hasta el escalamiento comercial del proceso de la embriogénesis somática", finalizó Loyola Vargas.

En el proyecto colaboran también el doctor Kazimierz Wrobel de la Universidad de Guanajuato y los doctores Rafael Rojas Herrera y Geovanny Nic Can de la Universidad Autónoma de Yucatán.

 

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