Universidad de Guadalajara
Centro Universitario del sur (CUSUR)
Control Biotecnológico de Fusarium oxysporum en
Plátanos
mediante
Bacillus
subtilis
Modificada con CRISPR/Cas9
Alumno(a): Teresita De Jesús Grajeda Blanco
Carrera: Ing. En Sistemas Biológicos
Materia: Modelos experimentales en Sistemas Biológicos
Semestre: 3
Docente: Alexis Hernández Palma
Fecha: 03/12/2024
Introducción
El plátano es uno de los cultivos agrícolas considerados más importantes a nivel mundial,
situándose entre los alimentos básicos esenciales junto al arroz, el trigo y el maíz. Según
datos de la FAO, no solo forma parte de una fuente vital de nutrición para millones de
personas que se encuentran en regiones tropicales y subtropicales, sino que también
desempeña un papel crucial como producto de exportación. Este cultivo es de gran relevancia
en países aquellos países en estado de desarrollo, donde se considera una base fundamental
para la seguridad alimentaria, además su cultivo implica ser una fuente significativa de
empleo e ingresos para las comunidades rurales. Esto gracias a su alta demanda y producción,
el plátano se encuentra principalmente entre las frutas más consumidas a nivel global debido
a su diversidad gastronómica, su fácil acceso y su valor nutritivo.
Sin embargo, este cultivo se enfrenta a amenazas que ponen en riesgo su sostenibilidad a
largo plazo. Una de las problemáticas es la propagación del hongo Fusarium oxysporum f.
sp. cubense, también conocido como Foc TR4. Este patógeno es el agente que causa la
enfermedad conocida como marchitez por Fusarium o “Mal de Panamá”, una plaga
devastadora que afecta principalmente a las variedades Cavendish, que vienen siendo las más
cultivadas y comercializadas a nivel mundial. El Foc TR4 tiene la capacidad de permanecer
en el suelo durante décadas, lo que dificulta su control. Además, carece de tratamientos
químicos que resulten efectivos, empeorando la producción global de plátanos.
Esta crisis fitosanitaria no solo amenaza la estabilidad económica de los países exportadores,
sino que también la seguridad alimentaria en regiones donde el plátano es una fuente primaria
de alimento. La biotecnología, particularmente el uso de herramientas avanzadas como
CRISPR/Cas9, muestra una alternativa prometedora para poder desarrollar variedades de
plátanos que sean resistentes al Foc TR4. Con esto se garantizaría la viabilidad del cultivo
contribuyendo a un futuro agrícola más sostenible.
Objetivos
Desarrollar un método biológico basado en Bacillus subtilis modificado genéticamente con
CRISPR/Cas9 para inhibir específicamente al hongo patógeno Fusarium oxysporum y
evaluar su efectividad en plátanos.
Modelo experimental
1. Organismo Bacteriano Seleccionado: Bacillus subtilis
Bacillus subtilis es una bacteria que se encuentra en muchos hábitats y es un excelente agente
de control biológico de enfermedades originadas por hongos de suelo y bacterias. Es de
aplicación foliar y radicular, combate un amplio espectro de agentes patógenos. Tiene la
característica de producir endosporas demasiado resistentes a las altas temperaturas y
cambios osmóticos permitiendo sobrevivir en suelos no hospitalarios y condiciones de
cultivos muy estresantes. “Su actividad antagonista se completa por su alta capacidad para
colonizar la zona de la rizosfera (competencia espacial), su rápida asimilación de nutrientes
y a la secreción de enzimas digestoras que degradan y matan por contacto directo a hongos
y bacterias (quitinasas, celulasas, proteasas y glucanasas) los cuales les sirven de alimento”
(Uso de BACILLUS SUBTILIS Como Biofungicida En Agricultura y Jardinería, s. f.)
Las condiciones ideales para su desarrollo se encuentran en un rango de pH 5-8 y una
temperatura de 15 a 50 ºC con una temperatura optima de 28 a 35 ºC con valores altos de
humedad relativa.
2. Modelo Vegetal Seleccionado: Plantas de plátano in vitro o en invernadero (Musa
spp.):
Etapa temprana: Micro propagación en condiciones controladas.
Posterior: Ensayos en plantas juveniles infectadas con Fusarium
oxysporum .
Metodología
1. Diseño Genético con CRISPR/Cas9
Identificar genes de Bacillus subtilis relacionados con la producción de enzimas
antifúngicas (quitinasas y glucanasas).
Biosíntesis de compuestos secundarios antifúngicos (como iturina y fengicina).
Utilizar CRISPR/Cas9 para sobre regular los genes responsables de la producción de
compuestos antifúngicos e introducir genes adicionales para degradar componentes
clave de la pared celular del hongo además de inactivar genes bacterianos no
esenciales que puedan interferir con la compatibilidad planta-bacteria.
2. Validación in vitro
Cultivar Fusarium oxysporum en placas de agar.
Introducir Bacillus subtilis modificado en zonas específicas del cultivo.
Evaluar la inhibición del crecimiento del hongo mediante mediciones de halos de
inhibición y análisis microscópico.
3. Pruebas en Modelo de Plátano
Infectar plantas de plátano juveniles con Fusarium oxysporum.
Aplicar Bacillus subtilis modificado en la rizosfera o directamente en las raíces.
Monitorear:
a) Progresión de la enfermedad (porcentaje de marchitez).
b) Biomasa y altura de las plantas.
c) Salud general de las raíces y las hojas.
4. Evaluación Ambiental y de Seguridad
Confirmar que la bacteria no afecta negativamente a otros microorganismos benéficos
del suelo.
Verifique que la modificación genética no presenta riesgos de transferencia horizontal
de genes.
Resultados esperados
Inhibición eficaz del hongo: Bacillus subtilis modificado reducirá de manera
significativa la propagación de Fusarium oxysporum en el suelo
Mejor salud de las plantas: Las plantas tratadas con la bacteria mostrarán menor
incidencia de marchitez y mejor crecimiento.
Producción mejorada de compuestos antifúngicos: Las modificaciones genéticas
permitirán una mayor producción de enzimas y metabolitos antifúngicos en Bacillus
subtilis.
Conclusión
La utilización de la bacteria Bacillus subtilis modificada genéticamente por medio de
CRISPR/Cas9 nos ofrece una estrategia biotecnológica innovadora y sostenible para poder
enfrentar la marchitez por Fusarium oxysporum en cultivos de plátano. Al incrementar su
capacidad antifúngicas mediante la edición de ciertos genes, la bacteria además de inhibir el
crecimiento del hongo patógeno también fortalecerá la salud del suelo y el sistema radicular
(conjunto de raíces) de las plantas.
Referencias
De Agricultura y Desarrollo Rural, S. (s. f.). Plátano, lo que necesitas para su
producción.
gob.mx.
https://www.gob.mx/agricultura/articulos/platano-lo-que-
necesitas-para-suproduccion#:~:text=Adem%C3%A1s%20de%20ser%20considerado%20un,todas%
20las%20variedades%20de%20pl%C3%A1tano.
Milenio, M. T. /. T., & Milenio, M. T. /. T. (2023b, enero 4). Un hongo patógeno
amenaza
el
cultivo
mundial
de
plátanos.
heraldo.es.
https://www.heraldo.es/noticias/sociedad/2023/01/04/un-hongo-patogeno-amenazael-cultivo-mundial-de-platanos-1622461.html
I+D,
R.
D.
E.
(s. f.).
Espacio
I+D.
Innovación
más
Desarrollo.
https://espacioimasd.unach.mx/index.php/Inicio/article/view/311/1360#:~:text=El%
20sistema%20producto%20pl%C3%A1tano%20se,Sm.)
Concepción-Hernández, M. (2018, 10 julio). CRISPR/Cas: aplicaciones y
perspectivas para el mejoramiento genético de plantas. Concepción-Hernández |
Biotecnología Vegetal. https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/585/html
Uso de BACILLUS SUBTILIS como biofungicida en agricultura y jardinería. (s. f.).
https://controlbio.es/blog/c/76_uso-de-bacillus-subtilis-como-biofungicida-enagricultura-yjardineria.html#:~:text=Bacillus%20subtilis%20es%20una%20de,uso%20en%20la
%20agricultura%20ecol%C3%B3gica.
CRISPR en Agricultura - CRISPRpedia. (2024, 23 noviembre). Innovative Genomics
Institute
agricultura/
(IGI).
https://innovativegenomics.org/es/crisprpedia/crispr-en-la-
0
