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Miércoles, 15 Febrero 2017 17:51

Estudiante desarrolla el primer modelo computacional del metabolismo de la papa común

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La tesis laureada de Maestría en Ingeniería Bioinformática de Kelly Botero Orozco desarrolló un modelo computacional que representa el metabolismo de la papa común durante la evolución de la enfermedad del tizón tardío o gota de la papa.

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Históricamente, el tizón tardío es el principal factor que afecta la producción del cultivo de la papa y se estima que el valor económico de esta pérdida y el costo de protección del cultivo es aproximadamente de 6.700 millones de dólares por año. Esta enfermedad en la Solanun tuberosum o papa común es causada por un Oomicete patógeno (Phytophthora infestans).

En esta investigación se reporta la primera reconstrucción de la red metabólica a escala genómica de S. tuberosum y el primer modelo metabólico a escala genómica de la interacción entre una planta y un patógeno.

“Los resultados de esta investigación pueden ser tomados por fitopatólogos, quienes podrían generar estrategias de manejo integrado de la enfermedad, más allá del uso de fungicidas para limitar la propagación del patógeno. Esto tendría mayor impacto, si se trabaja con instituciones que están en constante contacto con agricultores, para así llevar una adecuada transferencia tecnológica”, manifestó la estudiante de la Maestría en Ingeniería Bioinformática.

El modelo computacional generado representa una red metabólica de la planta que integra información genómica, bioquímica y metabólica. 

La investigación se enfocó en identificar los posibles mecanismos metabólicos asociados a la disminución de la capacidad fotosintética reportada previamente. Para ello se realizó la optimización lineal del modelo metabólico en tres momentos de la infección (0, 1 y 3 días post inoculación de la planta con el patógeno) y se analizaron las rutas metabólicas asociadas a fotosíntesis.

Dependiendo de los mecanismos de reconocimiento y defensa de la planta, así como de la capacidad de virulencia del patógeno, la enfermedad puede ocasionar muerte de la planta durante los primeros días de infección. Estudios previos han reportado una posible disminución de la capacidad fotosintética de plantas enfermas de gota de la papa, sin embargo, los mecanismos metabólicos de esta disminución están poco entendidos. Para esto se generó el modelo metabólico de la enfermedad y se valuaron las rutas metabólicas asociadas a fotosíntesis, como: reacciones lumínicas, fijación de carbono y fotorrespiración.

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Los resultados de esta investigación mostraron que efectivamente existe una disminución de la capacidad fotosintética durante la enfermedad, evidenciada a través de las reacciones lumínicas de fotosíntesis y fijación de carbono, y que esta disminución puede estar asociada con un mecanismo de defensa rápido de la planta para producir peróxido de hidrogeno (H2O2, molécula asociada a procesos básicos de aclimatación y defensa de las plantas) mediante fotorrespiración.

“No obstante, las observaciones de este proceso durante los momentos de infección a través de la optimización del modelo sugieren que este mecanismo de defensa es ineficiente y por tanto, la planta no logra contraatacar la invasión patogénica.  Adicionalmente, observamos que durante la enfermedad la planta disminuye la capacidad metabólica para almacenar reservas de energía a través de almidón y disminuye la capacidad de sintetizar biomasa en la hoja”, explicó la investigadora.

Los enfoques de investigación que han cubierto esta problemática, aunque han generado importantes cantidades datos y han permitido comprender parcialmente algunos de los principales mecanismos implicados en la enfermedad, han generado información muy heterogénea y la comprensión de la interacción planta-patógeno está aún fragmentada.

“Dado que se contaba con el genoma de S. tuberosum y datos de expresión génica de la interacción de esta planta con P. infestans, consideramos es factible y conveniente integrar toda esa información dentro de un modelo computacional con capacidad predictiva”, determinó Botero.