Rábano salvaje corriendo salvaje

rábano silvestre (Raphanus raphanistrum) es una mala hierba dicotiledónea prominente en escenarios agrícolas y de carretera en todo el mundo. Una de las razones de su éxito es la alta variabilidad genética entre poblaciones e individuos, lo que le permite adaptarse a las condiciones y tensiones locales. En los sistemas de cultivo australianos, que se basan en gran medida en una perturbación mínima de los suelos frágiles, una de las principales presiones de selección impuestas a las malas hierbas es el uso intensivo de herbicidas. En consecuencia, el rábano silvestre ha desarrollado resistencia a casi todos los modos de acción de los herbicidas más utilizados (Owen et al. 2015).

Los herbicidas de auxina sintética, como 2,4-D y dicamba, pertenecen a un antiguo modo de acción que imita los efectos promotores del crecimiento de la hormona vegetal auxina, pero a un nivel descontrolado y amplificado. La resistencia a las auxinas sintéticas está aumentando en el rábano silvestre, ya que los agricultores recurren al 2,4-D para matar a las poblaciones que son resistentes a los herbicidas más nuevos pero sobreutilizados. Nuestra incursión inicial para descubrir cómo sobreviven las plantas a este herbicida reveló un mecanismo aparentemente claro: en las dos poblaciones estudiadas, las plantas impidieron que el 2,4-D viajara desde sus hojas hasta sus puntos de crecimiento vulnerables (Goggin et al. 2016). También hubo una posible diferencia en cómo las plantas resistentes respondieron a la auxina, pero esto parecía menos importante. Decidimos ampliar nuestra investigación a otras 10 poblaciones de rábanos silvestres, para ver si todas habían seguido el mismo camino hacia la resistencia. Este fue nuestro primer error...

Plántulas de rábano silvestre que crecen al aire libre a finales de otoño
Plántulas de rábano silvestre creciendo al aire libre a finales de otoño, como parte de un experimento de respuesta a la dosis utilizando los herbicidas de auxina sintética 2,4-D y dicamba.

Cómo estudiar la resistencia a las auxinas manteniendo la cordura

Una cacatúa negra de cola roja
Una cacatúa negra de cola roja alimentándose de nueces de eucalipto en un árbol marri (Corymbia calophylla) afuera de la ventana del laboratorio.

Examinamos la diversidad de los mecanismos de resistencia al 2,4-D en un total afortunado de 13 poblaciones de rábanos silvestres midiendo la resistencia, el movimiento, el destino y la respuesta al 2,4-D en cada uno. También comparamos la expresión génica global en una población resistente frente a una susceptible para tratar de descubrir cómo las dos poblaciones diferían en su respuesta a la auxina a corto plazo y qué transportador podría ser responsable de la reducción del movimiento de 2,4-D. En total, esto involucró un estudio de respuesta a la dosis al aire libre con 2,4-D y dicamba; medición de la elongación de raíces en presencia de diferentes auxinas; seguimiento del movimiento y el destino metabólico del 2,4-D radiactivo en plantas jóvenes; medir la activación de una parte de la respuesta de defensa de la planta (conocida como vía MAPK) en presencia y ausencia de 2,4-D; y un experimento de secuenciación de ARN (RNA-seq) de 24 muestras seguido de una medición dirigida de ciertos genes emocionantes. Afortunadamente, los árboles de goma fuera de la ventana del laboratorio son visitados ocasionalmente por cacatúas negras, que brindan una distracción bienvenida para los investigadores saturados de auxina. (A los cockies también les gustan mucho las semillas de rábano silvestre, por lo que tal vez deberíamos colaborar con ellos en métodos de control de malezas no químicos).

Tantas poblaciones, tan poco acuerdo

Las poblaciones susceptibles y resistentes utilizadas en el estudio de expresión génica mostraron respuestas enormemente diferentes al 2,4-D. La población resistente expresó genes involucrados en la defensa de la planta y un gen que reduce la respuesta de auxina (Goggin et al. 2018). Incluso había un posible candidato para el transportador 2,4-D. Sin embargo, aquí fue donde terminó la claridad. Lamentablemente, no hubo relación entre el nivel de resistencia y la extensión del movimiento de 2,4-D, no hubo consistencia en la respuesta a diferentes auxinas y no hubo un patrón en los niveles de expresión de dos de los genes más prometedores identificados en la población original (una auxina -gen represor y un gen de defensa clave en la vía MAPK). De hecho, las diversas poblaciones de rábanos silvestres parecían estar de acuerdo en solo dos cosas: no hubo una desintoxicación metabólica mejorada del herbicida, y un nivel de referencia más alto de activación de la proteína MAPK es muy útil cuando se trata de resistir el 2,4-D.

Variación en el movimiento de 2,4-D en plantas de diferentes poblaciones resistentes a 2,4-D
Variación en el movimiento de 2,4-D en plantas de diferentes poblaciones resistentes a 2,4-D. Las partes visibles de la planta son aquellas que contienen 2,4-D marcado radiactivamente. La planta resistente del extremo derecho muestra un patrón de movimiento de 2,4-D idéntico al de las plantas susceptibles.

¿Pueden los investigadores de rábanos silvestres ser tan persistentes como las poblaciones de rábanos silvestres?

Hasta el momento, no hay señales de una varita mágica para superar la resistencia al 2,4-D en el rábano silvestre, porque todavía hay mucho que no entendemos. Aunque anhelábamos que este estudio presentara una explicación inequívoca (y altamente publicable) de la resistencia al 2,4-D en el rábano silvestre, idealmente “la resistencia al 2,4-D en el rábano silvestre es causada por la pérdida de la función de la salida de auxina transportador X”, las propias plantas no estaban dispuestas a cooperar. De hecho, nuestro hallazgo más evidente fue que hay demasiada variación entre las poblaciones de malas hierbas, especialmente en especies de polinización cruzada como el rábano silvestre, como para concluir nada sobre nada. Sin embargo, vale la pena seguir investigando la cuestión de la defensa mejorada de las plantas. Nuestro estudio de proteómica recién salido de la imprenta ha dado algunos resultados prometedores, que abren nuevas vías de estudio. En primer lugar, tenemos que esperar que las proteínas de las 11 poblaciones no incluidas en el estudio proteómico muestren una consistencia que sus genes no mostraron... y que las cacatúas negras vuelvan a visitarnos pronto.

Un diagrama altamente especulativo
Un diagrama altamente especulativo de cómo los productos de los genes regulados al alza en una población de rábano silvestre resistente a 2,4-D podrían interactuar para conferir resistencia.