Un solo gen en el sorgo controla el comportamiento de alimentación de las aves al regular simultáneamente la producción de moléculas de mal sabor y volátiles atractivos, según un estudio publicado el 23 de septiembre en la revista Molecular Plant.
Este gen, llamado Tannin1, controla la síntesis de polifenoles astringentes que disuaden a las aves llamados taninos, así como también compuestos orgánicos volátiles derivados de ácidos grasos que atraen a las aves. Los autores sugieren que los hallazgos podrían conducir a nuevas estrategias de control para proteger los principales cultivos de cereales en todo el mundo.
«Descubrimos el mecanismo molecular que controla el comportamiento de alimentación de las semillas de sorgo», dice el coautor del estudio Qi Xie, de la Academia de Ciencias de China. «Más allá de ilustrar un ejemplo de cómo una observación de campo condujo a la caracterización de un mecanismo molecular ecológicamente impactante, nuestro estudio revela nuevas ideas sobre la química de las interacciones ecológicas entre aves y plantas y sugiere múltiples estrategias para desarrollar nuevas medidas de control basadas en productos químicos y genéticos para evitar las catastróficas pérdidas de rendimiento causadas por las aves cada año».
Los daños causados por las aves causan grandes pérdidas a la producción agrícola en todo el mundo. Con los cultivos de cereales, las aves causan daños al picotear las semillas y chupar el jugo de las semillas inmaduras, evitando el desarrollo completo de muchos granos y con frecuencia fomentando hongos y otras enfermedades de las plantas. Actualmente, existen pocas medidas de control eficientes para proteger los cultivos de campo del daño de las aves. Por ejemplo, las redes contra las aves pueden requerir una mano de obra inmensa e inversiones materiales, y pueden dañar a las aves.
Algunos cultivos de cereales más vulnerables al daño de las aves incluyen trigo, cebada, arroz, sorgo y mijo. El sorgo es un importante cultivo mundial de cereales que es una fuente constante de calorías para más de 500 millones de personas en todo el mundo y también es una fuente importante de biocombustibles. Se ha informado que las pérdidas de rendimiento de sorgo causadas por las aves alcanzan hasta el 52%. Alguna evidencia sugiere que las preferencias de sabor de las aves dependen de varias propiedades del sorgo, pero la base molecular o química subyacente no ha sido clara.
Al realizar un estudio de asociación de todo el genoma, Xie y el coautor del estudio, Yaorong Wu, de la Academia de Ciencias de China, descubrieron que Tannin1 regula el comportamiento de alimentación de las aves. Las líneas de sorgo evitadas por las aves contienen la versión normal de Tannin1, mientras que las líneas de sorgo preferidas por las aves tienen una versión mutada del gen. «Las plantas se benefician del gen Tannin1 de tipo normal, y las aves se benefician de la forma mutada de Tannin1», dice Wu.
Utilizando la espectrometría de masas, descubrieron que las semillas cosechadas de las líneas de sorgo preferidas por las aves habían reducido la acumulación de metabolitos de la vía de biosíntesis para los flavonoides llamados antocianinas y proantocianidinas, también conocidos como taninos condensados. Estos hallazgos son consistentes con investigaciones anteriores que muestran que Tannin1 regula la expresión de genes involucrados en la biosíntesis de antocianina y proantocianidina.
Al mismo tiempo, las semillas cosechadas de las líneas de sorgo preferidas por las aves tenían niveles más altos de 9 de los 23 compuestos orgánicos volátiles detectados, y algunos volátiles derivados de ácidos grasos alcanzaron aumentos de 30 veces. Se sabe que los compuestos orgánicos volátiles aromáticos de las plantas atraen polinizadores y dispersores de semillas. Además, las líneas de sorgo preferidas por las aves mostraron una mayor expresión de genes implicados en la vía de biosíntesis de ácidos grasos en comparación con las líneas de sorgo repelentes de aves.
En experimentos de alimentación, los investigadores encontraron que los gorriones preferían comer semillas no tratadas en comparación con las semillas empapadas en soluciones que contienen antocianinas, proantocianidinas o ácido tánico. Tanto los taninos condensados como el ácido tánico son polifenoles cuya astringencia puede afectar el sabor o la digestibilidad de las semillas. Por otro lado, las aves se sintieron más atraídas por las semillas empapadas en volátiles llamados 1-Octen-3-ol o hexanal en comparación con las semillas no tratadas.
Según los autores, los hallazgos sugieren que los polimorfismos genéticos en un solo locus, Tannin1, pueden conferir importantes impactos reguladores metabólicos en múltiples vías del polifenol vegetal y el metabolismo de los ácidos grasos, determinando en última instancia si una determinada línea de sorgo se considerará una fuente de alimento atractiva para pájaros.
«Nuestro descubrimiento de que Tannin1 tiene un enorme impacto en las preferencias de alimentación de las aves casi seguramente guiará los esfuerzos de selección asistidos por marcadores moleculares en los programas de mejora de cultivos que buscan limitar o prevenir el daño de las aves a los sistemas de producción agrícola«, dice Xie.
«Además, nuestras ideas sobre qué compuestos atraen a las aves y qué compuestos son desagradables para las aves sugieren una variedad de nuevas medidas de control que podrían llevarse a cabo para evitar pérdidas de rendimiento. Por ejemplo, podríamos bloquear química o genéticamente las actividades de las enzimas en la biosíntesis volátil atrayente o programar el contenido de tanino condensado o usar ácido tánico o taninos condensados como pesticidas verdes seguros para proteger las semillas de los cultivos en el campo«.