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Using biotechnology, Agricultural Research Service (ARS) scientists have fortified the defenses of soybean plants against tiny but destructive pests called soybean cyst nematodes (SCN).

The wormlike pests live in the soil, where they can wriggle into soybean roots to feed, mate and lay eggs. The damage they cause to root cells obstructs the flow of nutrients and water to the rest of the plant, weakening it.

Such attacks cost U.S. soybean farmers up to $1 billion in losses annually. Although SCN-resistant soy varieties are available, the nematodes can eventually overcome the resistance by evolving into virulent new races. Fumigating soils before planting can diminish the pest's numbers, but such chemical control is costly.

As an alternative, ARS plant physiologist Ben Matthews and colleagues in Beltsville, Md., are exploring the use of genetic engineering to bolster SCN resistance in soybeans using novel or existing genes.

Earlier this year, for example, Matthews' team completed greenhouse trials of soybean plants whose roots had been engineered with a DNA copy of one of the nematode's own protein-making genes. When nematodes ingest the DNA copy, the DNA "deactivates" the expression of the pest's corresponding gene, so it stops making the protein.

In greenhouse trials at the ARS Soybean Genomics and Improvement Laboratory in Beltsville, 80 to 90 percent of juvenile female nematodes that fed on the engineered soybean roots died or failed to mature by 30 days.

Matthews' team, together with a Towson University bioinformatics expert, used comparative genomics and genome sequence information from another nematode species, Caenorhabditis elegans, to identify the SCN protein gene they targeted.

According to Matthews, a second round of greenhouse studies is planned to confirm the initial results. Similar studies with other resistance-conferring genes are under way.

Commercial soybeans derived from the team's research are at least eight years away. That's contingent upon successful field tests, further refinement, regulatory approval, propagation and other requirements, notes Matthews.

ARS is a scientific research agency of the U.S. Department of Agriculture.

Semillas de soya experimentales sabotean un nematodo con su propio gen

Científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) han utilizado biotecnología para fortalecer las defensas de las plantas de soya contra las plagas minúsculas y destructoras llamadas los nematodos del quiste de la soya (SCN por sus siglas en inglés).

Estas plagas semejantes a gusanos viven en el suelo, donde pueden retorcerse dentro de las raíces de soya para alimentarse, aparear y poner huevos. El daño causado en las células de las raíces obstruye el flujo de nutrientes y agua al resto de la planta, causando debilitación.

Tales ataques les cuestan a los granjeros estadounidenses de soya hasta 1 mil millón de dólares en pérdidas anualmente. Aunque hay variedades de soya resistentes a SCN, con el tiempo los nematodos pueden vencer la resistencia desarrollándose en nuevas razas virulentas. Fumigar los suelos antes de plantar puede disminuir los números de las plagas, pero tal control químico es costoso.

Como una alternativa, fisiólogo de plantas Ben Matthews y sus colegas con el ARS en Beltsville, Maryland, están explorando el uso de la ingeniería genética para aumentar la resistencia contra SCN en las soyas usando genes novedosos o existentes.

Temprano este año, por ejemplo, el grupo de investigadores completó pruebas de invernadero con plantas de soya cuyas raíces han sido ingeniadas para contener una copia del ADN de uno de los genes usados por el nematodo para producir proteínas. Cuando los nematodos ingieren la copia del ADN durante su consumo de las raíces de la planta, el ADN "desactiva" la expresión del gen correspondiente de la plaga, para que el nematodo deje de hacer la proteína.

En pruebas de invernadero en el Laboratorio de la Genómica y el Mejoramiento de Soya mantenido por el ARS en Beltsville, Maryland, del 80 por ciento al 90 por ciento de los nematodos juveniles femeninos que se alimentaron en las raíces ingeniadas de soya murieron o dejaron de madurar dentro de 30 días.

El grupo de Matthews, junto con un experto de bioinformática con la Universidad Towson en Maryland, usaron la genómica comparativa e información sobre las secuencias del genoma de otra especie de nematodo, Caenorhabditis elegans, para identificar el gen de SCN usado en sus investigaciones.

Según Matthews, estudios adicionales en invernaderos son planeados para confirmar los resultados preliminares. Estudios similares con otros genes que confieren resistencia al SCN están en curso.

Variedades comerciales de soya derivadas de las investigaciones del grupo no estarán disponibles hasta por lo menos ocho años más. Esta disponibilidad depende de los resultados exitosos de pruebas de campo, aprobación reguladora, propagación y otros requisitos, según Matthews.

ARS es una agencia de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU.

Photo courtesy of Ben Matthews, ARS.

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