Spain
February 1, 2018
Source:
Researchers at the Plant Molecular and Celular Biology Institute (IBMCP), a joint venture of the Universitat Politècnica de València and the Spanish National Research Council (CSIC), has performed a study that shows how genetically modified tomato plants have increased resistance towards Tuta absoluta insect plagues. The project’s results have been published in the BMC Plant Biology magazine.
Plants are sessile plants – they are born, grow and die in the same spot. As they don’t have the ability to move when under attack, their evolution has provided them with great genetic variety, allowing the plants to overcome different stress conditions. Nonetheless, an estimated 40% of the worldwide annual production of these crops is lost to plagues and pathogens, and 13% to insects.
Luis Cañas, researcher of the CSIC at the IBMCP, explains that “the miner insect Tuta absoluta has become one of the main plagues that threaten tomato plantations across the world, and without the appropriate management it can cause losses of between 80% and 100% of their production. To face this threat we have to fortify the plant’s defense arsenal, and one of the alternatives being studied is giving the plants, through genetic engineering, defensive genes from phylogenetically distant species such as the protease inhibitors present in barley.”
José Pío Beltrán, research professor at the CSIC and also at the IBMCP, explains that “in this project the in vivo effect of a serine proteinase inhibitor (BTI-CMe) and a cysteine proteinase inhibitor (Hv-CPI2) have been investigated, isolated from the barley plant, on the Tuta absoluta insect. In order to do so we have tested both inhibitors separately as well as together in transgenic tomato plants. The Tuta absoluta larvae which were fed the double transgenic plants showed noticeable weight loss. Moreover, only 56% of the larvae reached their adult stage. Those that were reaching their adult phase had wing deformities and fertility reduction.
The effect on the insect’s digestive enzymes when ingesting proteinase inhibitors has also been studied.”
“The results of our work show a decrease in larvae trypsin activity. Proteinase inhibitors in transgenic tomato plants attracted species of the Tuta absoluta predatory insects such as the Nesidiocoris tenuis, but did not have an effect on them. We also studied whether the defensive mechanisms of the plants would activate on transgenic tomatoes. Curiously, the release of barley cystatin benefitted the plant’s defense, including the proteinase 2 inhibitor gene (Pin2), endogenous to the tomato, and which is inducible through wounding. Furthermore, transgenic plants increased their glandular trichome production and their volatile organic compound emission was altered”, Cañas adds.
“Therefore, our work shows that it would be possible to simultaneously conduct integrated control, by combining transgenic crops, as well as biological control of the Tuta absoluta”, Beltrán concludes.
Researchers of the Valencian Institute of Agricultural Research (IVIA) also took part in the project, which is of great interest to the agricultural sector, as it proves the usefulness of the co-expression of different proteinase inhibitors for the plant’s increased resistance to plagues.
Rim Hamza, Meritxell Pérez-Hedo, Alberto Urbaneja, José L. Rambla, Antonio Granell, Kamel Gaddour, José P. Beltrán & Luis A. Cañas. Expression of two barley proteinase inhibitors in tomato promotes endogenous defensive response and enhances resistance to Tuta absoluta. BMC Plant Biology (2018) 18:24. DOI 10.1186/s12870-018-1240-6.
Aplican ingeniería genética para lograr tomates más resistentes a las plagas
Investigadores del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el CSIC, han llevado a cabo un estudio que muestra cómo plantas de tomate genéticamente modificadas aumentan su resistencia a la plaga del insecto Tuta absoluta. Los resultados del trabajo han sido publicados en la revista BMC Plant Biology.
Las plantas son organismos sésiles, es decir, que nacen, crecen y mueren en el mismo sitio. Al no disponer de la capacidad de desplazarse ante determinados ataques, su evolución les ha proporcionado una gran diversidad genética, permitiendo a las plantas superar distintas situaciones de estrés. A pesar de ello, anualmente, alrededor del 40 % de la producción mundial de cultivos se pierde debido a plagas y patógenos, y un 13 % debido a insectos.
Luis Cañas, investigador del CSIC en el IBMCP, señala que “el insecto minador Tuta absoluta se ha convertido en una de las principales plagas que amenazan los cultivos de tomate en todo el mundo, y sin la gestión adecuada puede causar pérdidas de entre el 80 y el 100% de la producción. Para hacer frente a esta amenaza necesitamos fortalecer los arsenales de defensa de las plantas, y una de las alternativas que se estudian es la incorporación a las plantas, mediante ingeniería genética, de genes defensivos de especies filogenéticamente lejanas como son los inhibidores de proteasas presentes en la cebada”.
José Pío Beltrán, profesor de investigación del CSIC también en el IBMCP, explica que “en este trabajo se ha investigado el efecto in vivo de un inhibidor de serín proteasa (BTI-CMe) y un inhibidor de cisteín proteasa (Hv-CPI2) aislados de la planta de la cebada sobre el insecto Tuta absoluta. Para ello hemos introducido ambos inhibidores por separado y también juntos en plantas transgénicas de tomate. Las larvas de Tuta absoluta alimentadas con las plantas transgénicas dobles mostraron una notable reducción de peso. Además, sólo el 56 % de las larvas alcanzó la etapa adulta. Los adultos emergentes mostraron deformidades de las alas y reducción de la fertilidad. También se ha estudiado el efecto de la ingesta de los inhibidores de proteasa sobre las enzimas digestivas de los insectos”.
“Los resultados de nuestro trabajo muestran una disminución en la actividad tripsina larvaria. Los inhibidores de proteasas en las plantas transgénicas de tomate atrajeron a especies de insectos depredadores de la Tuta absoluta, como el Nesidiocoris tenuis, pero no tuvieron efectos sobre ellos. También estudiamos si los mecanismos defensivos de las plantas se activaban en los tomates transgénicos. Curiosamente, la expresión de la cistatina de cebada promovía la defensa de la planta, induciendo el gen del inhibidor de proteasa 2 (Pin2) endógeno del tomate e inducible por herida. Además, en las plantas transgénicas aumentó la producción de tricomas glandulares y se alteró la emisión de compuestos orgánicos volátiles”, añade Cañas.
“Por tanto, nuestro trabajo muestra que sería posible llevar a cabo un control integrado de Tuta absoluta combinando cultivos transgénicos y control biológico simultáneamente”, concluye Beltrán.
Este trabajo, en el que también han participado investigadores del Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), es de gran interés para el sector agrícola, ya que demuestra la utilidad de la co-expresión de diferentes inhibidores de proteasas para el aumento de la resistencia de las plantas a plagas.
Rim Hamza, Meritxell Pérez-Hedo, Alberto Urbaneja, José L. Rambla, Antonio Granell, Kamel Gaddour, José P. Beltrán & Luis A. Cañas. Expression of two barley proteinase inhibitors in tomato promotes endogenous defensive response and enhances resistance to Tuta absoluta. BMC Plant Biology (2018) 18:24. DOI 10.1186/s12870-018-1240-6.
Topics
Species
