En 2013, los agricultores de las tierras altas de Etiopía comenzaron a notar algo inquietante: una variedad de trigo familiar se estaba deteriorando de una forma inusual.
Por Smriti Daniel, CSIRO
Los tallos se debilitaron, las plantas se derrumbaron y los campos que antes resistían las enfermedades se volvieron repentinamente vulnerables. Tres años después, la misma inquietud surgió a miles de kilómetros de distancia, cuando los cultivos de trigo en Sicilia —incluyendo las apreciadas variedades de trigo duro destinadas a la pasta— sucumbieron a un brote de roya del tallo de rápida propagación que desconcertó a los agricultores locales.
A primera vista, estas epidemias parecían ecos de una amenaza conocida. Desde finales de la década de 1990, una cepa altamente virulenta de la roya del tallo del trigo, conocida como Ug99, ha amenazado gravemente la seguridad alimentaria mundial, y su propagación ha sido monitoreada de cerca por científicos y redes de vigilancia. Pero cuando los investigadores analizaron más de cerca lo ocurrido en Etiopía e Italia, el panorama comenzó a cambiar.
Los hallazgos, publicados en Nature Communications , proporcionan la explicación genética más clara hasta el momento sobre cómo surgen los principales brotes de roya del tallo.
Gracias a los avances en la secuenciación de ADN de lectura larga y al ensamblaje genómico a nivel cromosómico, el equipo de investigación reconstruyó genomas completos y en fases de las dos cepas de roya del tallo responsables de estos brotes. El hallazgo fue sorprendente. De hecho, ninguna de las dos cepas descendía de Ug99. Tampoco estaban estrechamente relacionadas entre sí. En cambio, cada una había surgido de forma independiente, moldeada por su propia trayectoria evolutiva.
«Descubrimos el origen del Ug99 en 2019», afirmó la Dra. Melania Figueroa, investigadora científica principal del CSIRO.
«El origen de estas nuevas cepas está impulsado por diferentes cambios genéticos en el patógeno».
Comprender de dónde provienen estos brotes y por qué fracasó la resistencia ha sido una de las mayores preguntas sin respuesta en la investigación de enfermedades de los cultivos.
Ahora, los investigadores del CSIRO junto con colaboradores internacionales han descubierto una parte crucial de la respuesta al leer el genoma del patógeno con un detalle sin precedentes.
«Esta enfermedad puede diezmar los campos de trigo», afirmó el Dr. Figueroa. «Cuando se producen brotes, no basta con saber que la resistencia ha fallado; necesitamos comprender cómo y por qué ocurrió, a nivel molecular».
Un sistema de alarma molecular
La roya del tallo del trigo es causada por un hongo que infecta las plantas secretando proteínas durante la infección. El Dr. Peter Dodds, Científico Jefe de Investigación de CSIRO y codirector del proyecto, explicó que en las variedades de trigo resistentes , genes de resistencia específicos actúan como centinelas moleculares, detectando dichas proteínas y desencadenando una respuesta de defensa antes de que la enfermedad se propague, salvando así la planta.
«Las plantas no tienen sistemas inmunitarios como los humanos, pero el principio es muy similar», dijo el Dr. Dodds. «Así como las vacunas ayudan a nuestros cuerpos a reconocer enfermedades, los genes de resistencia permiten a las plantas reconocer un patógeno con prontitud y responder».
El desafío radica en la evolución de los patógenos. Pequeños cambios genéticos pueden alterar las proteínas fúngicas lo suficiente como para pasar desapercibidas. Cuando esto sucede, la resistencia que antes funcionaba en los campos agrícolas puede fallar repentinamente.
«Es entonces cuando se ven brotes o epidemias», dijo. «El patógeno ha aprendido a evadir las defensas de la planta».
Descifrando un genoma complejo
Rastrear estos cambios ha sido difícil durante mucho tiempo. El hongo de la roya del tallo del trigo contiene dos genomas separados en cada célula, lo que dificulta vincular la variación genética con las consecuencias de la enfermedad en el mundo real.
Los recientes avances en genómica han cambiado esta situación. Al analizar y ensamblar cada genoma por separado, hasta los cromosomas individuales, los investigadores lograron identificar la variación en un conjunto pequeño pero crucial de genes de avirulencia. Estos genes determinan si una planta de trigo reconoce al patógeno y desencadena una respuesta de defensa, o si permanece vulnerable a la infección.
Luego, el equipo probó cómo se comportaban docenas de variantes de genes de avirulencia en el laboratorio, creando lo que ahora es el atlas más completo de estos genes para cualquier especie de roya.
«Por primera vez, contamos con un conjunto claro de genes que podemos observar si queremos comprender cómo la roya del tallo causa epidemias», afirmó el Dr. Dodds. «Esto nos brinda una forma nueva y eficaz de conectar la genética con lo que ocurre en el campo».
El pasado y el futuro de las epidemias de roya del tallo
Una de las ideas más claras explica el brote de 2016 en Italia. La cepa responsable presentaba una deleción completa de un único gen de avirulencia, lo que le permitió infectar variedades de trigo duro que dependían de un gen de resistencia específico.
«Ese cambio genético activó eficazmente el sistema de alarma de la planta», dijo el Dr. Figueroa. «Una vez que se observa en el genoma, el brote cobra sentido de repente».
Igualmente importante, el atlas destaca genes de resistencia que podrían resultar más duraderos. Cada cepa analizada reconoció un objetivo de resistencia, lo que significa que el patógeno necesitaría dos cambios genéticos independientes para superarlo, un obstáculo evolutivo mucho mayor.
«Ese tipo de información nos ayuda a tomar decisiones más inteligentes sobre qué genes de resistencia utilizar», dijo. «Se trata de anticiparse al patógeno, no de intentar recuperarlo constantemente».
Cómo la genómica puede hacer que las defensas del trigo perduren
Más allá del mejoramiento genético, este trabajo tiene importantes implicaciones para la vigilancia de enfermedades. El monitoreo tradicional se basa en la observación del comportamiento de las muestras de hongos en un conjunto limitado de líneas de trigo. Si bien es eficaz, este enfoque puede pasar por alto cambios genéticos más profundos, especialmente cuando diferentes genomas se combinan dentro de una misma cepa.
La vigilancia basada en secuencias ofrece un camino a seguir.
«Si sabemos qué genes son más importantes, podemos monitorear su evolución con el tiempo», afirmó el Dr. Dodds. «Eso nos permite anticipar el riesgo, en lugar de responder solo cuando la epidemia ya está en marcha».
En Australia, se estima que la resistencia genética a las royas de los cereales, incluida la roya del tallo, ahorra a la economía nacional unos 1.090 millones de dólares al año, lo que pone de relieve la magnitud de las posibles pérdidas si se consolidan nuevas cepas más virulentas. Dado que las cepas epidémicas recientes no descienden de la Ug99 y han surgido de forma independiente, su impacto podría ser mayor o más rápido de lo previsto para la Ug99, una cepa contra la que Australia se ha preparado durante años.
Dado que las cepas de roya del tallo estudiadas no están presentes en Australia, el trabajo se basó en asociaciones internacionales de larga data e instalaciones de bioseguridad especializadas en el extranjero.
La investigación reunió a científicos del CSIRO con colaboradores en Estados Unidos y el Reino Unido.
Resolviendo uno de los rompecabezas más difíciles de la ciencia de los cultivos
Para el Dr. Figueroa, el estudio representa la culminación de años de trabajo para decodificar algunos de los genomas más complejos de la patología vegetal.
«Resolver los genomas de la roya ha sido un largo camino», dijo. «Fue como abrir un libro donde estaban escritas las respuestas y los secretos, pero no podíamos leer el lenguaje».
«Ahora podemos», dijo. «Y por fin estamos viendo los frutos de todo el esfuerzo, desde quienes crearon las herramientas hasta los equipos que contribuyeron en el proceso».
Extender la vigilancia genómica más allá de la roya del trigo
El enfoque demostrado en esta investigación ahora puede aplicarse a otros patógenos de cultivos de alto riesgo. La Dra. Figueroa y su equipo trabajan para aprovechar estos avances y fortalecer la preparación de Australia ante futuras amenazas de enfermedades.
«Este trabajo demuestra que estamos preparados», afirmó el Dr. Figueroa. «Podemos implementar esta tecnología, tomar decisiones informadas y ayudar a proteger la agricultura».
En una era de creciente presión de enfermedades y movimiento global, esa preparación puede ser tan importante como la resistencia misma.
Detalles de la publicación
Rebecca E. Spanner et al., La variación alélica de los genes Avr en cepas altamente virulentas explica las graves epidemias de roya del tallo del trigo, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-69508-8
