El proyecto europeo BeXyl avanza en el desarrollo de métodos de detección temprana de la bacteria Xylella fastidiosa en olivo

El proyecto BeXyl, una iniciativa financiada con 6,7 millones de euros por la Research Executive Agency de la Unión Europea, cuenta con la participación de 31 instituciones de 14 países. El objetivo final del proyecto es monitorizar la evolución en el campo de la bacteria Xylella fastidiosa. Este patógeno es la mayor amenaza emergente para la agricultura en la Unión Europea y en Cuenca del Mediterráneo. Durante cuatro años, los miembros de este equipo internacional perseguirán prevenir y paliar los daños económicos, sociales y ambientales generados por esta bacteria fitopatógena, y ayudar a los sectores agrícola, forestal y viverista a seguir siendo productivos y sostenibles a largo plazo.

Olivos muertos y secos por la bacteria Xylella fastidiosa en la región de Salento, Puglia, Italia.

Uno de los cultivos más amenazados por esta bacteria es el olivar, un cultivo de una transcendencia económica, social y ambiental enorme para nuestro país. Desde el Instituto de Agricultura Sostenible se está llevando a cabo diversas iniciativas para desarrollar estrategias de detección temprana de Xylella fastidiosa para combatir su impacto económico y ambiental en el cultivo del olivo.

La bacteria Xylella fastidiosa se transmite por insectos vectores y obstruye los vasos que conducen la savia de los árboles, lo que provoca síntomas que corresponden a la falta de agua, la carencia de nutrientes, la muerte de ramas e incluso de la totalidad del árbol. “Esta bacteria constituye la mayor amenaza emergente para la agricultura en los países de la Unión Europea y de la Cuenca del Mediterráneo. Tiene un enorme potencial patogénico, ya que infecta y causa enfermedad severa en diferentes cultivos agrícolas de gran importancia económica como el olivo, la vid y el almendro, además de afectar a diferentes especies silvestres y forestales”, señala Landa.

Uno de los objetivos fundamentales del proyecto es caracterizar la patogenicidad y capacidad de infección de distintas cepas de X. fastidiosa de las subespecies pauca y multiplex aisladas de olivo en España, y comparar su virulencia con la de la cepa presente en Italia, que está causando gran devastación en olivo. Esto nos permitiría, determinar con mayor exactitud, en qué zonas de las que está presente X. fastidiosa, en nuestro país pueden presentar mayor riesgo para la sostenibilidad a largo plazo de este cultivo.

Para ello, estamos llevando a cabo ensayos de patogenicidad de larga duración. Estos experimentos tienen que ser llevados a cabo en instalaciones de cuarentena, concretamente en un invernadero de seguridad biológica de nivel 2 (Figura 1A). En estos experimentos, la bacteria se inocula artificialmente simulando el proceso de alimentación del insecto vector que la transmite (Figura 1B). En total se están evaluando 10 variedades de olivo que incluyen Arbequina, Arbosana, Cornicabra, Gordal, Frantoio, Hojiblanca, y Picual. Además, se han incluido las variedades de origen italiano tolerantes a X. fastidiosa ‘Leccino’ y ‘Fabolosa’ y la altamente susceptible ‘Ogliarola Salentina’ y un acebuche.

Plantas de olivo en el invernadero de bioseguridad (A). Inoculación de plantas mediante microinyección (B).

Una vez inoculadas las plantas, se monitoriza periódicamente la aparición de síntomas, y se realizan diferentes muestreos en la planta de material vegetal a lo largo del tiempo para cuantificar los niveles poblacionales de la bacteria. Para ellos se utilizan métodos moleculares de diagnóstico basados en PCR cuantitativa. Esta técnica es similar a la que se utilizó durante la pandemia de COVID para diagnosticar y confirmar las infecciones por el virus causante SARS-CoV-2. L uso de estos métodos moleculares de diagnóstico nos permite estudiar los patrones de colonización de la bacteria en las distintas variedades de olivo. Los resultados obtenidos hasta el momento han mostrado que todas las cepas inoculadas fueron capaces de infectar todas las variedades de olivo evaluadas, aunque la frecuencia de detección varió según la combinación cepa de X. fastidiosa y variedad, aunque en general, las poblaciones bacterianas en la planta tienden a disminuir con el tiempo. Las cepas de X. fastidiosa subespecie pauca presentaron mayor capacidad de colonización y carga bacteriana, mientras que las cepas de la subespecie multiplex mostraron una infectividad limitada. Hay que destacar la mayor capacidad infectiva de la cepa de la subespecie pauca procedente de Ibiza, lo que indica que hay que extremar los esfuerzos para que esta cepa no se disperse a otras zonas olivareras.

La existencia de infecciones asintomáticas por X. fastidiosa en numerosas especies vegetales, la lentitud de aparición de los síntomas característicos de la infección por esta bacteria en olivo, y la existencia de síntomas inespecíficos que pueden ser confundidos visualmente a los de otros estreses abióticos y bióticos, hacen que los ensayos de patogenicidad en el patosistema olivo/X. fastidiosa se tengan que realizar durante periodos prolongados, representando un desafío significativo para la investigación por el consumo de grandes recursos materiales, humanos y científicos. En trabajos previos se observó que la infección por X. fastidiosa en olivo produce principalmente, en ausencia de síntomas visibles, un desequilibrio en la composición de pigmentos, incluyendo carotenoides, flavonoides y xantofilas. Por este motivo, en nuestras investigaciones se están evaluando en las plantas inoculadas por X. fastidiosa una serie de indicadores de estrés mediante el uso de sensores proximales que miden el espectro visible, conductancia estomática o temperatura de las hojas (Figura 2). Estas medidas permiten estimar una serie de índices de vegetación que reflejan la respuesta fisiológica de las plantas de olivo frente a la infección por X. fastidiosa. Nuestro desafío es caracterizar un grupo de indicadores comunes para todas las combinaciones variedad de olivo/cepa de X. fastidiosa, que permita identificar ‘rasgos’ especiales en las plantas infectadas que sean diferentes a los de las plantas sanas ‘no infectadas’. Estos indicadores podrían además contribuir significativamente a facilitar el desarrollo de programas de mejora genética en olivo para la búsqueda de resistencia a esta bacteria.

Sensores proximales utilizados en este proyecto: (A) Porómetro; (B) Dualex y (C) Spectrapen.

Para contribuir a este objetivo, se ha diseñado una plataforma de fenotipado con la que se pretende obtener la firma espectral de plantas de olivo infectadas y plantas no infectadas. La plataforma de fenotipado está compuesta por una estructura de acero inoxidable, diseñada específicamente para este propósito, de un dispositivo de iluminación halógena y una cámara de escaneo hiperespectral, colocada sobre una pletina que se desplaza verticalmente (Figura 3A). Este sistema permite escanear en apenas 20 segundos plantas con una altura máxima de 160 centímetros (Figura 3C). La cámara hiperespectral (Figura 3B) toma imágenes de alta resolución (3.5 milímetros por píxel) en el rango visible e infrarrojo cercano (VNIR), entre 400 y 1000 nanómetros, distribuidas en 271 bandas espectrales, lo que proporciona gran nivel de detalle. Mediante las medidas hiperespectrales se pueden estimar diversos indicadores fisiológicos, bioquímicos y estructurales que serán analizadas mediante técnicas diversas de análisis estadístico con el objetivo de caracterizar que plantas están infectadas por X. fastidiosa y cuáles no.

(A) Plataforma de fenotipado. (B) Detalle de la cámara hiperespectral e iluminación. (C) Enlace QR para visionar un video mostrando el funcionamiento de la plataforma.

Una vez finalizada la puesta a punto de esta plataforma de fenotipado, su procedimiento de uso, de forma resumida, constaría de dos fases la adquisición de imágenes hiperespectrales y su posterior procesamiento automatizado. A partir de las imágenes, se extraen píxeles representativos de la vegetación mediante algoritmos que definen umbrales en regiones de interés. Posteriormente, se aplican técnicas de aprendizaje automático, tanto supervisadas como no supervisadas, para analizar los datos obtenidos. Finalmente, se calculan índices espectrales de vegetación que, integrados en algoritmos de clasificación supervisada, permiten correlacionarse con la presencia confirmada de X. fastidiosa a través de análisis de PCR cuantitativa.

Los datos obtenidos con sensores proximales y la plataforma de fenotipado tienen un elevado potencial para detectar la infección de X. fastidiosa en el olivar en etapas tempranas y asintomáticas, lo que supone una herramienta muy valiosa para la identificación temprana de infecciones y el desarrollo de estrategias de manejo más efectivas. Además, puede facilitar la selección temprana de genotipos de olivo resistentes o tolerantes a la infección bacteriana, contribuyendo significativamente a los programas de mejora genética.