Striga hermonthica , conocida comúnmente como hierba bruja púrpura [1] o hierba bruja gigante , es una planta hemiparásita [1] que pertenece a la familia Orobanchaceae . Es devastadora para los principales cultivos como el sorgo ( Sorghum bicolor ) y el arroz ( Oryza sativa ). [2] En el África subsahariana , además del sorgo y el arroz, también infesta el maíz ( Zea mays ), el mijo perla ( Pennisetum glaucum ) y la caña de azúcar ( Saccharum officinarum ). [3]
La Striga hermonthica ha sufrido una transferencia horizontal de genes del sorgo a su genoma nuclear. El gen de S. hermonthica , ShContig9483 , es más parecido a un gen de Sorghum bicolor y, además, muestra una similitud significativa pero menor con un gen de Oryza sativa . No muestra ninguna similitud con ningún gen conocido de eudicotiledónea . [2]
La hierba bruja púrpura infecta una variedad de pastos y legumbres en el África subsahariana, incluidos el arroz, el maíz, el mijo, la caña de azúcar y el caupí. Los síntomas imitan los de la sequía o la deficiencia de nutrientes. La clorosis , el marchitamiento y el retraso del crecimiento son resultado de la capacidad de la hierba bruja de extraer nutrientes de su huésped. Los síntomas de preemergencia son difíciles de diagnosticar debido a su similitud con la falta general de nutrientes. Una vez que la planta ha surgido, el daño se ha vuelto demasiado grave para mitigarlo. [4]
Las semillas de la hierba bruja pasan el invierno en el suelo después de ser dispersadas por el viento, el agua, los animales o la maquinaria humana. [5] Cuando el entorno es adecuado, y si la semilla está a unos pocos centímetros de la raíz del huésped, comenzará a germinar. La planta que germina crece hacia las hormonas, llamadas estrigolactonas , liberadas por la raíz del huésped. [6] [7] La planta crece en el gradiente de concentración de estas estrigolactonas. En ausencia de estrigolactona, la semilla no germinará. Las plantas knock out de estrigolactona se han utilizado en un intento de prevenir la infección evitando la germinación. [7] Una vez en contacto con la raíz, la hierba bruja produce un haustorio que establece una relación parasitaria con la planta. Permanece bajo tierra durante varias semanas mientras extrae nutrientes. El tallo mientras está bajo tierra es redondo y blanco. Después de esta etapa, emerge del suelo y florece rápidamente y produce semillas. Las flores se autopolinizan antes de abrirse. Después de la emergencia, la planta puede realizar la fotosíntesis para aumentar sus demandas metabólicas. [6]
La temperatura ideal para la germinación de la hierba bruja es de 30 a 35 °C. Por debajo de los 20 °C, las semillas no germinan. Las semillas pueden sobrevivir a temperaturas heladas. [8] Sin embargo, la longevidad de la semilla es objeto de debate. La mayoría dice que en condiciones ideales, las semillas pueden permanecer viables hasta 14 años, pero los suelos húmedos reducen en gran medida la resiliencia de las semillas. Como máximo en un año, el 74% de las semillas viables se perdieron debido a la humedad del suelo. [9]
Históricamente, la hierba bruja se encuentra entre las plantas parásitas más difíciles de controlar. Fusarium oxysporum puede usarse como un posible biocontrolador de la hierba bruja y su especificidad del huésped lo convierte en un buen candidato. Se cree que este hongo infecta la vasculatura temprana de la planta Striga . [10] La aplicación de cepas nativas de Fusarium oxysporum no ha demostrado una restauración adecuada del cultivo. Sin embargo, el uso de cepas seleccionadas por su capacidad para sobreproducir aminoácidos específicos [11] [12] ha mostrado resultados altamente efectivos. Los datos de 500 granjas infestadas con Striga se obtuvieron en ensayos de parcelas pareadas durante dos temporadas de crecimiento en 2014-2015, utilizando semillas híbridas y fertilizante en comparación con semillas híbridas, fertilizante y FoxyT14 (un trío de cepas de virulencia mejorada para Fusarium ). La mayoría (99,6%) de los agricultores tuvieron un rendimiento igual o mayor en sus parcelas Foxy T14 en relación con el rendimiento en sus parcelas de práctica agrícola comparables sin Foxy T14. El rendimiento promedio del maíz en la temporada de lluvias de marzo a junio aumentó en un 56,5% en las parcelas Foxy T14 en relación con las parcelas de práctica agrícola ( p < 0,0001, prueba t por pares ). Aproximadamente un tercio de los agricultores duplicaron su rendimiento en esta prueba. [13] Este desarrollo tecnológico se llama The Toothpick Project [14] basado en el mecanismo utilizado para entregar las cepas de hongos a los pequeños agricultores a través de un palillo de dientes, donde el agricultor puede hacer un inóculo fresco en la granja cultivando las cepas de hongos en arroz cocido. El proyecto se está lanzando en Kenia y un equipo de científicos en otros once países está trabajando en el aislamiento de cepas locales para el desarrollo.
Otra posible solución para el problema de la bruja púrpura en los cultivos de mijo y sorgo es la aplicación de herbicidas. Cuando las semillas resistentes a los herbicidas se remojaron en productos químicos herbicidas antes de la siembra, se produjo una reducción de hasta el 80% en la infestación. [15] El uso de fertilizantes ricos en nitrógeno reduce la tasa de infección por bruja púrpura. Aunque el mecanismo detrás de esto no se entiende completamente, se cree que la abundancia de nitrógeno altera la actividad de la reductasa de nitrógeno. Esto tiene un efecto dominó, que resulta en la desregulación del ciclo de luz y oscuridad de la planta, lo que resulta en la muerte de la estriga. [16]
En 2018, se descubrió que una proteína esencial para la germinación de la bruja se une consistentemente a las moléculas del detergente Triton X-100 , lo que parece inhibir la germinación de las semillas de striga, evitando que las estrigolactonas naturales se unan a su sustrato habitual. [17]
Se ha demostrado que el cultivo intercalado con Desmodium spp., como en la agricultura push-pull, es muy eficaz para suprimir la Striga . [18] Los aleloquímicos liberados por las raíces de Desmodium conducen a la "germinación suicida" de Striga , reduciendo así el banco de semillas en el suelo. [19] También se ha propuesto que las estrigolactonas sintéticas podrían usarse en la agricultura para inducir la germinación suicida de las semillas de Striga. [20]
A finales de la década de 1990, "se estimó que 21 millones de hectáreas de cereales en África estaban infestadas por S. hermonthica , lo que provocó una pérdida anual estimada de granos de 4,1 millones de toneladas". [3]