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Oruga de Spodoptera frugiperda © Marie FRAYSSINET

Desciframiento del genoma del Cogollero del maíz, una plaga que invade el continente africano

En el marco de un consorcio internacional, investigadores del INRA, en colaboración con el CEA y el INRIA, han secuenciado uno de los primeros genomas de una mariposa de la superfamilia de los Noctuoidea: la Spodoptera frugiperda (Cogollero del maíz u Oruga Militar Tardía). Esta plaga de los cultivos, hasta ahora conocida en el continente americano, se ha vuelto invasiva en África desde el año 2016. Publicados en Scientific Reports el 25 de septiembre de 2017, estos trabajos permiten contemplar nuevos medios de lucha biológica y comprender mejor los mecanismos de aparición de las resistencias a los pesticidas.

Actualización: 18/10/2017
Publicación: 25/09/2017

La Spodoptera frugiperda es una mariposa nocturna perteneciente a la superfamilia de los Noctuidos. Se le conoce también por el nombre de Oruga Militar Tardía, ya que estas orugas pueden llegar a ser tan numerosas como para formar mantos sobre el suelo y parecer ejércitos en formación. Contrariamente a la mayoría de los insectos herbívoros, esta Oruga Militar es altamente polífaga: ataca a más de un centenar de plantas, en especial a las plantas de cultivo como el maíz, el arroz, el sorgo, el algodón o la soja. Esta mariposa se desplaza en grandes enjambres y es capaz de volar largas distancias.

Hasta ahora limitada al continente americano y a la zona del Caribe, la FAO2 estima que los daños provocados por Spodoptera frugiperda en Brasil alcanzan los 600 millones de dólares al año. En América, actualmente3 se han registrado ya 67 casos de resistencia del insecto a los pesticidas, un claro reflejo de la dificultad a la hora de controlar estas poblaciones. Desde enero de 2016 se ha vuelto invasivo en África, donde asola los campos de maíz de 21 países del sur y del oeste. Hoy en día, amenaza también al continente europeo.        

Secuenciación de uno de los primeros genomas de una mariposa de la superfamilia de los Noctuidos

En el marco del consorcio internacional Fall Armyworm4, los investigadores del INRA, en colaboración con el CEA y el INRIA, han secuenciado el genoma de Spodoptera frugiperda. De este modo, han descrito uno de los primeros genomas de una mariposa perteneciente a la superfamilia de los Noctuidos y han estudiado de manera más específica tres tipos de familias de genes5 en este insecto.
- En primer lugar, los científicos han analizado un grupo de genes implicados en el reconocimiento de las plantas huéspedes, que les permiten alimentarse o depositar sus huevos. Al comparar el genoma de S. frugiperda y los genomas disponibles de Lepidópteros (no polífagos), los investigadores han revelado una expansión del número de genes codificadores (230 contra 45 a 74 en el caso de otros Lepidópteros) para un cierto tipo de receptores gustativos. Estos últimos se sitúan en la trompa de las mariposas o bajo sus patas y les permitirían detectar toxinas o compuestos amargos producidos por las plantas. El único insecto conocido que posee tales expansiones de los receptores gustativos es un coleóptero omnívoro, el Tribolium castaneum (o gorgojo rojo de la harina), que también ataca a una amplia gama de alimentos.
- A continuación se centraron en otras familias de genes necesarias para bloquear las defensas químicas que las plantas sobreproducen cuando están siendo atacadas (detoxificación). Los investigadores han descubierto expansiones en dos de las cuatro familias de genes para la detoxificación (codificadores para el citocromo P450s (CYP), o la glutatión-S-transferasa (GST)). Son estos mismos genes los que pueden estar implicados en las resistencias a los pesticidas.
- Finalmente, los científicos han descrito un grupo de genes implicados en la digestión de los tejidos vegetales.    

Para realizar este estudio, se han analizado dos genomas de S. frugiperda que corresponden a dos variantes genómicas según la planta huésped del insecto: la variante del maíz y la variante del arroz, que podemos encontrar en el conjunto de su área de distribución de América. Los investigadores han puesto de manifiesto algunas diferencias entre estas variantes, en cuanto al número y a la secuencia de los genes necesarios para la detoxificación de las toxinas emitidas por las plantas, y en cuanto a los genes necesarios para la digestión.

Puestos a disposición de la comunidad científica internacional, estos datos permitirán identificar qué variante de la mariposa está invadiendo el continente africano. Y no sólo eso, estos trabajos también van a permitir barajar nuevos medios de lucha biológica, y mejorar la comprensión que tenemos sobre los mecanismos de aparición de resistencias a los pesticidas.      

El genoma de una especie emparentada presente en Asia también ha sido secuenciado

Investigadores del INRA han contribuido a analizar el genoma de Spodoptera litura, «primo» asiático de Spodoptera frugiperda. Esta plaga polífaga presente en Asia ataca a un centenar de plantas de cultivo como el arroz, el algodón, las hortalizas… La secuenciación de su genoma se publicó el mismo día en Nature Ecology and Evolution (doi:10.1038/s41559-017-0314-4).

1 El equipo GensCale, del Centro de investigación INRIA de Rennes Bretaña-Atlántica, es un equipo de bioinformática que desarrolla métodos para tratar y reunir los datos masivos de secuenciación de ADN. En el marco de este proyecto, el equipo ha participado en la recopilación de datos y en la comparación de los dos genomas, especialmente al desarrollar nuevos métodos para reducir la redundancia en las recopilaciones, debida al alto nivel de heterocigosis, y para identificar variantes estructurales entre ambos genomas.  
2 Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura
3 www.pesticideresistance.org
4 El consorcio FAW-IPC reúne a 65 expertos de nueve países: Alemania, España, Francia, Países-Bajos, Brasil, Estados Unidos, China, India y Australia.
5 Una familia de genes es el resultado de la acumulación en el genoma de varias copias de un gen ancestral, mediante diferentes mecanismos moleculares como las duplicaciones en tándem. Estas copias van a poder variar dentro de su secuencia adquiriendo mutaciones que pueden inactivar el gen, cambiar su expresión (permitiéndole por ejemplo expresarse en un nuevo tejido del insecto), o incluso cambiar su función, respecto a la copia ancestral. Si estas nuevas copias confieren una mejor supervivencia al insecto, se conservarán en su genoma además de las copias ancestrales, lo que conducirá a la larga a una expansión del número de genes de la familia.

Contacto
Contacto científico:

  • Emmanuelle d’Alençon (33 (0)4 67 14 47 20) Unidad de Diversidad, Genomas & Interacciones Microorganismos-Insectos (INRA, Universidad de Montpellier)
Contacto de prensa:
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Plant Health and Environment
Centro asociado:
Montpellier

Referencia

Anaïs Gouin, Anthony Bretaudeau, Kiwoong Nam, Sylvie Gimenez, Jean-Marc Aury, Bernard Duvic, Frédérique Hilliou, Nicolas Durand, Nicolas Montagné, Isabelle Darboux, Suyog Kuwar, Thomas Chertemps, David Siaussat, Anne Bretschneider, Yves Moné, Seung-Joon Ahn, Sabine Hänniger, Anne-Sophie Gosselin Grenet, David Neunemann, Florian Maumus, Isabelle Luyten, Karine Labadie, Wei Xu, Fotini Koutroumpa, Jean-Michel Escoubas, Angel Llopis, Martine Maïbèche-Coisne, Fanny Salasc, Archana Tomar, Alisha R. Anderson, Sher Afzal Khan, Pascaline Dumas, Marion Orsucci, Julie Guy, Caroline Belser, Adriana Alberti, Benjamin Noel, Arnaud Couloux, Jonathan Mercier, Sabine Nidelet, Emeric Dubois, Nai-Yong Liu, Isabelle Boulogne, Olivier Mirabeau, Gaelle Le Goff, Karl Gordon, John Oakeshott, Fernando L. Consoli, Anne-Nathalie Volkoff, Howard W. Fescemyer, James H. Marden, Dawn S. Luthe, Salvador Herrero, David G. Heckel, Patrick Wincker, Gael J. Kergoat, Joelle Amselem, Hadi Quesneville, Astrid T. Groot, Emmanuelle Jacquin-Joly, Nicolas Nègre, Claire Lemaitre, Fabrice Legeai, Emmanuelle d’Alençon & Philippe Fournier
Two genomes of highly polyphagous lepidopteran pests (Spodoptera frugiperda, Noctuidae) with different host-plant ranges.
Scientific Reports. 7. 11816 (2017) doi: 10.1038/s41598-017-10461-4.