L’arna o cuc minador del tomàquet Tuta absoluta pot constituir una plaga per un ample ventall de cultius de solanàcies com el tomàquet, la patata o l’abergínia. A Espanya la seva presència com a espècie invasiva es registra des del 2006. Per controlar la plaga hom ha fet ús de diversos insecticides, però han aparegut variants de l’insecte que en són resistents. Christoph Thomas Zimmer, investigador de Syngenta, i Chris Bass, professor d’entomologia aplicada de la University of Exeter, del Campus de Penryn, són els autors corresponsals d’un estudi genòmic sobre aquest insecte que apareixerà en forma d’article al número d’agost de la revista Insect Biochemistry and Molecular Biology. Els primers autors de l’article són Charles Grant i Kumar Saurabh Singh, del grup de Bass. Grant et al. han generat un ensamblatge genòmic contigu de l’arna del tomàquet a través de dades de seqüenciació de lectura llarga. Amb aquesta informació genòmica han pogut investigar la base genètica de la resistència a l’insecticida del grup de les diamides clorantraniliprol que mostren algunes soques espanyoles de l’arna del tomàquet. La bibliografia indicava que la base podria trobar-se en mutacions en el receptor de la rianodina, que és la diana molecular d’aquest insecticida. Les anàlisis transcriptòmiques de Grant et al., però, troben més aviat que la resistència s’associa amb una sobreexpressió marcada (de 20 a 100 vegades més) del gen d’una UDP-glicosiltransferasa. El gen en qüestió, UGT34A23, és capaç d’induir, per expressió ectòpica, resistència al citat insecticida en la mosca de la fruita (Drosophila melanogaster). D’una banda, doncs, Grant et al. ens ofereixen un recurs genòmic per investigar diversos aspectes d’aquesta espècie invasiva. De l’altra posen de manifest un mecanisme de resistència a l’insecticida basat en la metabolització detoxificadora del propi insecte.
Grant et al. han seqüenciat, ensamblat i anotat el genoma de l’arna del tomàquet (“Tuta absoluta”). Mitjançant aquest genoma de referència i seqüenciacions d’ARN, han explorat la base genètica de la resistència a l’insecticida clorantraniliprol que mostren algunes variants d’aquesta espècie. Han trobat que aquesta resistència s’associa amb una sobreexpressió notable del gen UGT34A23, que codifica per a una UDP-glucuronosiltransferasa. En un model d’expressió ectòpica de la mosca de la fruita “Drosophila melanogaster” han comprovat que el gen UGT34A23 confereix resistència in vivo al citat insecticida.
L’arna del tomàquet
L’arna del tomàquet (Tuta absoluta), concretament la seva forma larvària, el cuc minador, constitueix una plaga ben rellevant a tot el món per als cultius de tomàquet. Com la família de les solanàcies, T. absoluta és originària d’Amèrica del Sud. El 2006 arribà a Espanya, des d’on s’ha difós per tot Europa, Àfrica i l’Orient Mitjà. En algunes regions, l’insecte ha provocat la destrucció absoluta de tota la collita, amb la consegüent inflació de preus de mercat. L’únic remei efectiu ha estat l’ús d’insecticides, però ha estat freqüent l’aparició de variants que en són resistents.
Exemplar adult de l’arna del tomàquet, fotografiat el 4 de febrer del 2011 per Marja van der Straten
Quin és l’origen d’aquestes resistències? La majoria d’insecticides de síntesi química actuen de forma força específica sobre receptors concrets del sistema nerviós. D’una banda, variants genètiques en aquests receptors poden conferir resistències que, si hi ha un ús massiu d’insecticida, acaben per dominar en la població de l’insecte. D’altra banda, altres variants genètiques actuen a través del metabolisme detoxificador de l’insecte.
En el cas dels insecticides del grup de la diamida, la diana toxicodinàmica és el receptor de la rianodina (RyR). S’han descrit resistències basades en mutacions en el gen de la RyR (com ara en les posicions G4946 i I4790, que sense alterar la funcionalitat del receptor sí el fan resistent que aquest grup d’insecticides) i d’altres basades en mutacions en gens metabòlics.
El metabolisme detoxificador dels insectes no és gaire diferent a grans trets de l’existent en vertebrats. Així doncs trobem cinc grans famílies: 1) la dels citocroms P450s; 2) la de les esterases; 3) la de les uridin-5’-difosfoglicosiltransferases (UGTs); 4) la de les glutatió-S-transferases (GSTs); i 5) la dels transportadors de casset d’unió a ATP (transportadors ABC). Aquests sistemes actuen en la línia de modificar, conjugar i excretar un ample ventall de metabòlits.
El clorantraniliprol és un insecticida del grup de les diamides emprat en molts països en el control de l’arna del tomàquet. Si la resistència al clorantraniliprol es fes més freqüent en les poblacions d’aquest insecte les conseqüències sobre el cultiu del tomàquet serien probablement catastròfiques.
Una recerca centrada a Múrcia
Entre els autors de l’article hi ha Pablo Bielza, del Departamento de Producción Vegetal de la Universidad Politécnica de Cartagena. És a camps de tomàquet de la regió de Múrcia que es va recollir la soca TA1 de T. absoluta en el 2010. En el 2011 es va collir la soca Sus en tomàquets d’hivernacle de la mateixa regió, i en el 2014 en tomàquets d’hivernacle murcians es recollia la soca Mur. La soca Ssus procedeix de tomàquets d’hivernacle de Cartagena (2011), i la soca Sres de tomàquets d’hivernacle de Los Palacios y Villafranca (2017).
En cadascun d’aquests casos el punt de partida eren unes 50 larves. Els insectes d’aquestes soques en mantenen en gàbies en condicions de 25 °C, 60% d’humitat relativa, un cicle de 16 hores de llum i 8 de foscor, i se’ls alimenta amb tomaqueres de la variant Money Maker.
La seqüenciació es va fer sobre espècimens de la soca TA1 que havien estat encreuats per maximitzar l’homozigositat. Pupes procedents d’una única parella eren recollides, sexades i aparellades al seu torn en cambres aïllades amb una sola fulla de tomaquera. De la parella més fecunda, s’extreien totes les pupes, s’aparellaven els germans i es repetia el cicle d’aquesta manera durant sis generacions. No podien anar-hi més enllà, perquè llavors el grau d’homozigositat ja era massa alt, i la fecunditat davallava. Els animals d’aquesta darrera generació eren congelats en nitrogen líquid i conservats en congelació a −80 °C.
D’aquests animals es feia una extracció d’ADN. D’una banda l’ADN extret era seqüenciat per SMRT i per la plataforma Illumina. La plataforma Illumina ofereix lectures curtes, mentre que la SMRT de Pacbio ofereix lectures més llargues. Per a Illumina es va fer ús d’ADN genòmic procedent d’una única larva L4. Per a Pacbio s’utilitzà ADN genòmic procendent d’un total de 30 larves L4. La qualitat de l’ADN extret era seguida per espectrofotometria i per electroforesi en gel.
Paral·lelament, Grant et al. seqüenciaren transcriptomes de les soques Sus, Mur, Ssus i Sres. Per a cada soca es feien servir quatre extractes d’ARN de 10 larves L2 o L3.
La susceptibilitat de les soques esmentades a l’insecticida citat eren avaluades en bioassaigs. Es feia un banc de dilucions de l’insecticida, que servien per mullar fulles fresques de tomaquera. Una vegades eixutes, les fulles eren col·locades en una placa Petri, a la que s’afegien 10 larves L2-L3. Al cap de 72 hores s’anotava la mortalitat entre aquestes 10 larves.
L’anàlisi transcriptòmica posà de manifest la rellevància del gen UGT34A23. Aquest gen fou clonat en el plàsmid pUASTattB, amb el que es transformà una línia germinal de Drosophila melanogaster. Els mascles resultants de la línia UAS-UGT34A23 foren creuat amb femelles verges Act5C-GAL4: les filles resultats, una vegada adultes, eren exposades l’insecticida en un bioassaig.
El genoma de T. absoluta
D’acord amb les lectures d’Illumina, la mida genòmica de T. absoluta és de 478 Mb. La taxa d’heterozigositat de l’individu estudiat era de l’1,45%. El genoma resultant és prou complet. En creuar-lo amb les dades transcriptòmiques, s’identifiquen un total de 40.252 gens codificadors de proteïnes, dels quals 34.736 pogueren ésser anotats d’acord amb la base de dades de NCBI i InterPro.
La resistència al clorantraniliprol
Les soques Ssus i Sus són altament sensibles al clorantraniliprol, amb una dosi letal-50, respectivament, de 0,088 i 0,15 mg/L. La soca Mur és més resistent, amb una dosi letal-50 de 1,6 mg/L. La soca Sres és altament resistent, ja que la dosi letal és de 39 g/L.
Les dades transcriptòmiques (és a dir les basades en la seqüenciació d’ARN missatges) de les soques Mur i Sres indiquen que aquesta resistència no resulta de mutacions en el gen RyR.
En comparar les dades transcriptòmiques de les diferents soques, Grant et al. remaquen que en les soques resistents hi ha de 228 a 4128 gens sobreexpressats, i de 290 a 3868 gens infraexpressats. Concretament, hi ha 20 gens sobreexpressats i 24 gens infraexpressats que passen un triatge. Entre aquests gens hi ha un de semblant a P450 9e2 i el gen UGT34A23. El més destacat és aquest darrera, ja que mostra una sobreexpressió de 150 quan es compara la soca Sres amb la Sus. També hi ha una correlació clara entre la sobre expressió del gen UGT34A23 i la resistència al clorantraniliprol.
El gen UGT34A23 confereix resistència al clorantraniliprol en un model in vivo de Drosophila melabogaster
Grant et al. han creat una soca transgènica de D. melanogaster portadora del gen UGT34A23 de T. absoluta. Aquesta soca és capaç de suportar millor l’exposició al clorantraniliprol.
De la genòmica al control integrat de plaques
Grant et al. ofereixen una informació genòmica més completa que la que s’havia aconseguit fins ara de T. absoluta gràcies a haver utilitzat lectures de fragments més llargs. Encara som lluny, però, de disposar d’una genoma complet d’aquesta espècie, que seria de 1129 Mb.
Grant et al. constaten que dues soques murcianes de T. absoluta manifesten una resistència a clorantraniliprol a través d’un augment de l’expressió del gen UGT34A23. En canvi, no hi troben en aquestes soques més que variants minoritàries que afectin al gen del diana molecular d’aquest insecticida (RyR). Així doncs aquesta resistència no dependria de factors toxodinàmics, sinó de factors metabòlics.
Els enzims UGTs catalitzen la conjugació de xenobiòtics, facilitant-ne la hidrosolubilitat i la consegüent excreció. Val a dir que en el genoma de T. absoluta n’hi ha 27 gens d’UGTs, la majoria dels quals pertanyen a la família UGT33.
Aquests mecanismes de resistència es podrien combatre amb inhibidors d’UGTs, com ara atazanavir, erlotinib o fluconazol. La línia de D. melanogaster creada per Grant et al. podria servir per analitzar el potencial d’aquests compostos en estratègies de control de plagues.
Lligams:
– Overexpression of the UDP-glycosyltransferase UGT34A23 confers resistance to the diamide insecticide chlorantraniliprole in the tomato leafminer, Tuta absoluta. Charles Grant, Kumar Saurabh Singh, Angela Hayward, Benjamin J. Hunt, Bartlomiej J. Troczka, Adam Pym, Seung-Joon Ahn, Bin Zeng, Cong-Fen Gao, Alicia Leroux, Eve Daum, Philip Süess, Dariane Souza, Jan Elias, Richard H. ffrench-Constant, John Vontas, Emmanouil Roditakis, Pablo Bielza, Christoph T. Zimmer, Chris Bass. Insect Biochem. Mol. Biol. 103983 (2023)
Des de la Mediterrània 