Washington, DC
January 7, 2009
Agricultural Research Service, USDA
By Jan
Suszkiw
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Soybean
cyst nematode. Photo courtesy of Agroscope FAL
Reckenholz Archive, Swiss Federal Research Station for
Agroecology and Agriculture, Bugwood.org. |
Tiny, wormlike organisms called
nematodes can be friend or foe to farmers. One such foe, the
soybean cyst nematode Heterodera glycines, costs
soybean farmers $1 billion annually in crop losses and chemical
controls. But now, the crop pests could become their own worst
enemies, thanks to biochemical sabotage.
Agricultural Research Service
(ARS) physiologist
Edward Masler is developing this strategy at the agency's
Nematology Laboratory in Beltsville, Md. He's investigating
molecules produced by the nematodes that could be used to
subvert their feeding, mating or other behaviors.
Masler's research with biogenic
amines and other biochemicals is part of a long-term effort to
devise environmentally friendly alternatives to conventional
pesticides, particularly the fumigant methyl bromide, which is
restricted for all but critical uses because of its toxicity.
Masler also is targeting the
root-knot nematode Meloidogyne incognita, which infests
peanut, potato, cotton and other crops. The knot-like feeding
site each nematode forms on host-crop roots restricts the
plant's access to nutrients, causing stunted growth, diminished
yields and other harm.
Since the mid-1990s, Masler has
scrutinized the biochemistry of these and other nematode crop
pests for clues to disrupting such destructive behavior.
Biogenic amines, a recent focus, occur in other living
organisms. So, Masler must ensure their biological activity is
restricted solely to Heterodera and Meloidogyne
nematodes.
In laboratory experiments, he
exposed juvenile nematodes and unhatched eggs to an "overdose"
of one of three amines--dopamine, octopamine and serotonin--and
monitored the effects. Interestingly, 90 percent of
Heterodera eggs failed to hatch after exposure to
serotonin, versus 40 percent for Meloidogyne. In
juveniles of both species, serotonin exposure decreased
head-swinging--a foraging behavior--while dopamine increased it.
Ultimately, such observations could predict the amines'
usefulness as natural agents for controlling the pests under
field conditions.
Proteolytic enzymes offer
another potential target. Normally, they act as cellular brakes
that stop the signaling of neuropeptides called FLPs. Masler is
exploring whether removing those "enzymatic brake pads" could
cause FLPs to build to levels that will incapacitate the
nematodes, offering yet another alternative to chemically
controlling them.
ARS is a scientific research
agency of the U.S. Department of
Agriculture.
Organismos minúsculos llamados
nematodos pueden ser noticias buenas o malas para los granjeros.
El nematodo del quiste de la soya, Heterodera glycines,
les cuesta a los productores de soya 1 mil millones de dólares
anualmente en pérdidas de cultivos y gastos para controles
químicos. Pero ahora, estas plagas podrían convertirse en sus
propios peores enemigos, gracias al sabotaje bioquímico.
El fisiólogo
Edward Masler, quien trabajan con el
Servicio de Investigación Agrícola (ARS), está desarrollando
esta estrategia en el
Laboratorio de Nematología mantenido por el ARS en
Beltsville, Maryland. Allí, está estudiando algunas moléculas
producidas por los nematodos que podrían ser usadas para
subvertir su alimentación, apareamiento y otros comportamientos.
Los estudios de Masler con
aminas biogénicas y otras sustancias bioquímicas son parte de un
intento a largo plazo de crear alternativas amigables con el
medio ambiente al uso de los pesticidas convencionales,
particularmente el fumigante llamada metil bromido. El uso de
este fumigante es restringido para todos excepto los usos más
críticos a causa de su toxicidad.
Masler también está estudiando
el nematodo agallador de raíces, Meloidogyne incognita,
el cual infesta cacahuetes, patata, algodón y otros cultivos.
Los sitios de alimentación semejantes a nudos formados por cada
nematodo en las raíces de las plantas obstaculizan el acceso de
las plantas a nutrientes, llevando a un crecimiento atrofiado,
una disminución de rendimientos, y otros daños.
Desde mediados de los años
noventa, Masler ha examinado a fondo la bioquímica de estos y
otros nematodos plagas para descubrir pistas sobre maneras de
desbaratar su comportamiento destructivo. Las aminas
biogénicas--un enfoque reciente--ocurren en otros organismos.
Por consiguiente, Masler tiene que asegurar que la actividad
biológica de estas aminas se restringe solamente a los nematodos
Heterodera y Meloidogyne.
En experimentos de laboratorio,
él expuso nematodos juveniles y huevos a una sobredosis de una
de tres aminas--dopamina, octopamina y serotonina--y observó los
efectos. El 90 por ciento de los huevos de Heterodera
no empollaron después de exposición a serotonina, comparado con
el 40 por ciento de los huevos de Meloidogyne. En los
nematodos juveniles de ambas especies, exposición a serotonina
redujo la oscilación de la cabeza--un comportamiento de búsqueda
del alimento--pero exposición a dopamina aumentó esta actividad.
Finalmente, tales observaciones
podrían ayudar a predecir la utilidad de las aminas como agentes
naturales para controlar las plagas en los campos agrícolas.
Las enzimas proteolíticas
ofrecen otra oportunidad de controlar los nematodos.
Típicamente, estas enzimas funcionan como "frenos celulares" que
paran los señales de neuropéptidos llamados FLPs. Masler está
explorando si la eliminación de estos "frenos enzimáticos"
podrían causar la acumulación de FLPs a niveles que incapacitan
los nematodos, ofreciendo otra alternativa al uso de productos
químicos para controlarlos.
ARS es una agencia de
investigaciones científicas del
Departamento de Agricultura de EE.UU. |
