En el contexto global actual, varios modelos de producción de cultivos prevén una reducción futura en los rendimientos, principalmente debido al gran impacto del cambio climático. Paralelamente, esas modificaciones ambientales pueden favorecer la aparición de nuevos patógenos específicos de cultivos (fitopatógenos) o incrementar la incidencia y severidad de los ya existentes. “Esos desafíos a las plantas amenazan su homeostasis (estabilidad de su medio interno), tal y como sucede con cualquier organismo expuesto a desafíos ambientales, induciendo un estado fisiológico muy particular denominado ‘estrés’. Las plantas responden al estrés a través de una reprogramación de sus actividades celulares (transcripcionales, es decir a nivel del procesamiento de su información genética) con el objetivo de reducir el impacto del estrés en la mencionada homeostasis fisiológica”, como explica Nicolás Nazar, investigador de la UPV/EHU asociado al proyecto PREDESTOM. Los RNA pequeños (sRNA, por sus siglas en inglés small RNA), con orígenes tanto propios como aquellos derivados de patógenos, son reguladores clave de los procesos génicos, modulando mecanismos esenciales asociados al desarrollo en plantas. En ese sentido, los sRNA pueden emplearse como buenos objetivos en el desarrollo de herramientas para mejorar la productividad de los cultivos y como indicadores prematuros de daño fisiológico en las plantas.

El tomate (Solanum lycopersicum) es uno de los cultivos hortícolas más importantes a nivel mundial, siendo España uno de los principales productores europeos. Sin embargo, existen factores ambientales diversos que limitan el rendimiento de ese cultivo. En este contexto de cambio climático, se espera que los estresores (desafíos capaces de inducir la respuesta fisiológica de estrés) como hongos, virus, temperaturas extremas y sequía o sus combinaciones, puedan afectar a las plantas en diversos niveles funcionales, induciendo una disminución significativa tanto en la producción como en la calidad de los cultivos. Además, las enfermedades emergentes de las plantas, como las causadas por hongos, pueden aumentar la dependencia de fungicidas por parte de los productores.

“El uso de fungicidas y otras estrategias de erradicación de plagas podría optimizarse mediante la implementación de nuevas tecnologías predictivas, para reducir el número de tratamientos sin socavar la producción de los cultivos. Por ello, resulta imperativo el desarrollo de estrategias innovadoras para promover una nueva revolución en la agricultura, que permita la adaptación de las prácticas agrícolas a las condiciones ambientales actuales y futuras, garantizando el cumplimiento de los cuatro pilares de la seguridad alimentaria (disponibilidad, acceso, utilización y estabilidad), identificados por la Organización para la Alimentación y la Agricultura (FAO)”, explica el profesor de la UPV/EHU Fernando Benito-López. Además, la necesidad de una producción agrícola sostenible de alimentos está claramente incluida en los Objetivos de Desarrollo Sostenible 2030 de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) para proteger el planeta y alcanzar objetivos de suma relevancia como el hambre y la pobreza cero.

Proyecto PREDESTOM

El proyecto trabaja en el desarrollo de una estrategia dual para la mitigación del daño asociado al estrés biótico y abiótico en sistemas productivos de tomate gracias a la interacción de tres grupos de investigación. Uno de los trabajos está liderado por el Instituto Agroforestal Mediterráneo – Universitat Politècnica de València (IAM-UPV), cuyo investigador principal es Josep Armengol, que aporta su experiencia en el proceso de exposición de plantas de tomate a estresores bióticos y abióticos (inoculación de patógenos, mantenimiento de plantas infectadas en diferentes condiciones de crecimiento, etc.). Por su parte, el Instituto de Biología de Sistemas Integrativos (I2SysBio), a cuyo frente está el investigador Gustavo Gómez, además de contribuir a los ensayos de exposición a estresores combinados, será responsable de la identificación de los sRNAs sensibles al estrés y de la validación biológica de las redes reguladoras de respuesta al estrés mediadas por miRNAs. El Clúster de Microfluídica de la Universidad del País Vasco (MFC), liderado por Lourdes Basabe-Desmonts y Fernando Benito-López, centra su investigación en la generación de dispositivos analíticos microfluídicos basados en papel para la detección precisa y específica de sRNA asociados con el estrés utilizando primero sRNA sintéticos y luego extractos de plantas como muestras, que contienen los sRNA objetivo, para proporcionar una nueva herramienta de análisis de estrés miniaturizada, fácil de usar y de bajo costo para cultivos en el punto de necesidad.

Finalmente, una vez desarrollada esa tecnología, la relación existente entre el grupo IAM-UPV y las cooperativas de productores de tomate permitirá validar el sensor para la detección de esos biomarcadores en plantas de tomate en diversas condiciones de invernadero y campo. En resumen, “se trata de una propuesta multi e interdisciplinar en la que grupos con diferentes, pero complementarios, conocimientos en respuesta al estrés mediada por sRNAs (Biología Molecular), interacciones planta-patógeno y diagnóstico (Fitopatología), y tecnologías Lab-on-a-Chip (Microfluídica) se unen por un mismo objetivo”, destacan los investigadores de la UPV/EHU.

Impacto en el sector agroalimentario

Esta propuesta persigue promover la transición Ecológica y Digital incluidas en el Pacto Verde de la Unión Europea. La detección temprana de los efectos del estrés en el desarrollo de los cultivos puede contribuir al desarrollo de prácticas agrícolas más eficientes, reduciendo al mismo tiempo el uso de fungicidas y otros compuestos químicos, contribuyendo así a disminuir la huella de carbono y la contaminación ambiental. Eso redundará en la optimización de la cadena productiva y el aumento de la calidad de los productos generados, lo que repercutirá positivamente en los márgenes de beneficio, favoreciendo el desarrollo de prácticas agrícolas más sostenibles.

Además, la identificación de los sRNA involucrados en la modulación de la respuesta de la planta al estrés proporcionará un nuevo conjunto de características que se incluirán en los planes de mejoramiento convencionales. Finalmente, el impacto de esa innovación en el sector agroalimentario, muy importante para la economía española, se traducirá en una mejora de la calidad de vida de las personas a diferentes niveles (económico, social, medioambiental, sanitario, etc.), siendo un modelo que podría ser aplicado en otros escenarios agrícolas locales y a nivel mundial. “La disponibilidad de sistemas de detección portátiles y económicos permitirá a los agricultores monitorear el estado fisiológico de su producción al momento y según su propia necesidad, favoreciendo su acceso a esa tecnología innovadora y fácil de usar, lo que garantiza sus derechos digitales”, concluye Fernando Benito-López.

El proyecto PREDESTOM (TED2021-129273B-C33) está financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación de España de la Agencia Estatal de Investigación (MCIN/AEI/10.13039/501100011033), en el marco del plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, y con fondos NextGenerationEU de la Unión Europea.