Un equip de recerca liderat per l'Institut de Biologia Evolutiva (IBE, un centre mixt del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i de la Universitat Pompeu Fabra (UPF)) a Barcelona, i amb la participació del Centre de Biotecnologia i Genòmica de Plantes (CBGP) de la Universitat Politècnica de Madrid (UPM), ha identificat com influeixen l'hàbitat i l'estacionalitat a les infeccions per virus de les plantes. L'estudi, que publica la revista Nature Ecology and Evolution, presenta un nou model matemàtic capaç d'explicar l'evolució de les interaccions virus-planta dels ecosistemes mediterranis tenint en compte les fluctuacions ambientals en cada cas. La recerca podria ser clau per a preveure i mitigar l'impacte del canvi climàtic i l'escalfament global en la propagació de les infeccions víriques de les plantes en el futur.

Un ecosistema és un sistema biològic format per una comunitat d'organismes vius i l'entorn en que viuen. En aquesta nova era de globalització, els ecosistemes de tot el planeta estan cada vegada més interconnectats. Les plantes i els virus de tot el món viatgen i, per tant, augmenten les seves taxes de difusió. Un exemple són les espècies invasores que es poden trobar a tot el món (com l’atzavara), els virus que viatgen juntament amb elles i també les noves oportunitats per que els virus locals infectin més espècies de plantes.

Els estudis realitzats fins ara sobre les interaccions entre virus i plantes han considerat principalment que els efectes ambientals actuen de manera uniforme sobre totes les espècies. Malgrat que l'homogeneïtat pot ser una aproximació raonable per a alguns hàbitats - per exemple, els ambients aquàtics -, en general les interaccions entre espècies dins d'una comunitat estan sotmeses a un ambient heterogeni.

Ara, un equip de recerca liderat per l'investigador principal de l'IBE Sergi Valverde ha estudiat la incidència de diferents virus en espècies vegetals incloent la informació sobre l'estacionalitat o l'hàbitat de les plantes a l'hora d'analitzar l'impacte de la infecció.

Un treball cooperatiu teòric i experimental

Per a comprendre els efectes ambientals sobre les infeccions per virus dels vegetals, Blai Vidiella, Raúl Montañez i Sergi Valverde, de l'IBE a Barcelona, van col·laborar amb el grup de viròlegs de plantes dirigit per Fernando García-Arenal, del CBGP. L'equip de viròlegs va mostrejar zones de cultiu durant tres anys, estudiant la incidència de fins a onze virus i les seves interaccions amb el medi en diferents ecosistemes típics del clima mediterrani.

El resultat va ser un ric conjunt de dades amb informació temporal i espacial detallada. Després, l'equip de Barcelona va utilitzar xarxes matemàtiques per a analitzar les dades i extreure'n un model de patrons d'interacció entre espècies.

"Cada vegada més, si volem abordar desafiaments com el que proposa el canvi climàtic, necessitem fer un esforç col·lectiu per a trobar un idioma comú entre disciplines", comenta Vidiella, investigador pre-doctoral al grup de Sistemes Complexos de l'IBE.

Un nou model matemàtic que integra ecologia i evolució

L'equip de l'IBE, liderat per Valverde, ha desenvolupat un nou marc teòric que inclou tots els aspectes que poden influir a l'evolució de les infeccions de les plantes. La nova eina computacional permet integrar informació de les infeccions  dels virus en les plantes, així com l'efecte de l'ambient en aquestes infeccions. "D'alguna manera, fins ara no teníem eines d'anàlisi per integrar tots els paràmetres que juguen un paper a les infeccions dels vegetals. Vèiem les ombres, però no l'estructura complexa que hi ha al darrere d'aquestes interaccions hoste-patogen", comenta Valverde, responsable del laboratori d'Evolució de la Tecnologia.

El model, que ha estat validat contra la gran base de dades de l'estudi, incorpora l'efecte heterogeni del medi ambient observat en les diverses interaccions analitzades. En el futur, un major esforç a l'hora de recopilar dades de mostreig podria ser clau per a entendre com evolucionen les interaccions virus-planta en funció de l'hàbitat i al llarg del temps. "L'adaptació de les espècies al medi és molt selectiva, doncs bona part de les espècies són especialistes. De fet poques vegades un mateix virus infecta la mateixa planta en diferents hàbitats", comenta Valverde.  "Quan deixem la informació ecològica de banda, ens estem deixant la meitat de la història de l'evolució", afegeix.

En el futur, l'equip de recerca vol incorporar altres ecosistemes del planeta al seu model. "Definitivament volem ampliar el nostre marc teòric a altres sistemes. Això és rellevant per a comprendre com les variacions climàtiques, com les que comporten el canvi climàtic i l'escalfament global, poden afectar les taxes d'infecció i accelerar la propagació dels virus i les malalties associades arreu del planeta", afirma Valverde.

Canvi climàtic: un repte per a la salut de les plantes

Aquesta recerca podria ajudar a entendre millor l'efecte del canvi climàtic a les infeccions víriques dels conreus. D'acord amb l'estudi, desxifrar com funciona l'equilibri entre la informació genòmica de les espècies i la seva plasticitat a l'hora de co-evolucionar al seu hàbitat amb altres variables pot ser clau per a predir i mitigar alguns dels efectes del canvi climàtic als ecosistemes, com la propagació d'infeccions. "Aquest treball és un primer pas per a poder identificar els determinants ambientals que afavoreixen la propagació d'infeccions i epidèmies a les plantes", comenta Valverde. "Només integrant l'impacte de l'ecologia a l'evolució de les infeccions de les plantes podrem anticipar i afrontar els reptes que el canvi climàtic imposarà a la salut dels nostres conreus", conclou.

Aquest estudi ha rebut el finançament del Ministeri d'Economia i Competitivitat, subvenció FIS2016-77447-R MINEICO / AEI / FEDER i la Unió Europea (a Sergi Valverde), i per la subvenció RTI2018-094302-B-I00, Pla Estatal d'I+D+i, del Ministeri d'Economia i Competitivitat d'Espanya (a Fernando García-Arenal).

Article referenciat:  Valverde S. et.al. 'Coexistence of nestedness and modularity in host–pathogen infection networks'; Nature Ecology and Evolution;

DOI: doi.org/10.1038/s41559-020-1130-9.

Link: https://www.nature.com/articles/s41559-020-1130-9