Combatir las plagas con biodiversidad en lugar de insecticidas

Las plantas interactúan con los individuos que las rodean, igual que las personas.

Si, por ejemplo, las personas del entorno son propensas a las infecciones, aumenta el propio riesgo de contagio; si, por el contrario, son resistentes, ese riesgo disminuye. Lo mismo ocurre con las plantas: cuando se plantan juntos distintos tipos genéticos de la misma especie, determinadas combinaciones son más resistentes a las plagas y enfermedades. Este efecto positivo sobre la diversidad biológica se denomina resistencia asociativa.

Seguridad alimentaria y protección de la biodiversidad

Uno de los retos de las sociedades modernas es conciliar la seguridad alimentaria con la protección del medio ambiente y la diversidad biológica. Las plagas y las enfermedades amenazan las cosechas, por lo que en la agricultura se emplean productos fitosanitarios químicos. Sin embargo, los pesticidas pueden reducir la diversidad de especies de insectos. «Aquí, la resistencia asociativa podría ser una solución como método de cultivo para asegurar la producción de alimentos y, al mismo tiempo, preservar la biodiversidad», afirma Kentaro Shimizu, director del Instituto de Biología Evolutiva y Ciencias Ambientales de la Universidad de Zúrich (UZH).

Pero ¿qué combinaciones de plantas con distintos genotipos —es decir, con dotaciones genéticas individuales— deberían plantarse en cultivos mixtos para repeler plagas y enfermedades? Si, por ejemplo, se quieren elegir dos de un total de 199 genotipos, hay 19 701 combinaciones posibles. Los investigadores de la UZH han desarrollado ahora, con ayuda de un modelo físico, un nuevo método para predecir las posibles interacciones entre individuos a nivel genético.

Extenso trabajo de campo en el campus Irchel

Los investigadores llevaron a cabo durante dos años experimentos a gran escala en el campus Irchel de la UZH y en Japón. Ya se disponía de las secuencias genómicas de los 199 genotipos de la planta Arabidopsis thaliana recogidos en todo el mundo. Los investigadores mezclaron al azar más de 30 individuos de cada uno de los 199 genotipos y plantaron un total de 6.400 individuos. «Para contar 52.707 insectos en 6.400 plantas, el investigador principal, Yasuhiro Sato, pasó los meses de verano en el jardín de investigación de Irchel. Su inmenso conjunto de datos, que pudo recopilarse gracias al jardín de investigación de la universidad en el campus Irchel, fue la clave de este estudio», afirma el profesor de la UZH Shimizu.

Hasta ahora no existían métodos de análisis para estudiar las interacciones a nivel del genoma —es decir, de toda la información hereditaria— entre individuos vegetales vecinos. Por ello, el equipo del Dr. Sato desarrolló un nuevo procedimiento informático: un estudio de asociación del genoma completo denominado «Neighbor GWAS». Este se basa en un modelo de la física que se utiliza para analizar las interacciones entre imanes. Con él, el equipo analizó cómo influye en la infestación por plagas la combinación de individuos vecinos con distinto genotipo. Paralelamente, los investigadores tuvieron en cuenta los resultados de los ensayos de campo.

Reducción de plagas de hasta un 25 por ciento

El análisis mostró que numerosos genes participan en las interacciones con los individuos circundantes. Con ayuda del aprendizaje automático, los científicos especializados en plantas pudieron predecir con el modelo los daños causados por herbívoros e identificar combinaciones ventajosas de pares de genotipos que presentan una resistencia asociada.

Durante dos años se realizó otro ensayo de campo a gran escala, en el que se plantaron por parejas unos 2.000 individuos con aquellos genotipos para los que se habían predicho tres niveles de resistencia asociativa. Los resultados del ensayo de campo mostraron que, en comparación con el cultivo de un único genotipo, la mezcla de dos genotipos redujo los daños causados por herbívoros en un 24,8 por ciento y en un 22,7 por ciento en el nivel más alto y en el segundo más alto de resistencia asociativa, respectivamente.

Desarrollos futuros

«Este estudio es un hito en la investigación de las interacciones entre individuos vegetales. Muestra la importancia de la biodiversidad: en primer lugar, la diversidad genética de los propios cultivos puede reducir la infestación por plagas. En segundo lugar, un menor uso de pesticidas en la agricultura contribuye a conservar la diversidad biológica, incluidos los insectos», resume Kentaro Shimizu.

Los metaestudios en los que participó Bernhard Schmid muestran que, en el caso del trigo y del arroz, por ejemplo, se obtienen rendimientos entre un 4 y un 16 por ciento superiores cuando se mezclan genotipos al azar. Según Shimizu, gracias a la información genómica disponible para estos cultivos, el nuevo método podría optimizar la selección de mezclas de genotipos mediante la predicción de resistencias asociadas y, con ello, aumentar aún más los rendimientos de estas especies vegetales de gran importancia agrícola, reduciendo al mismo tiempo el uso de pesticidas.