Genetic and epigenetic analysis of Colombian coca plants to strengthen their control
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Universidad de La Salle. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Doctorado en Agrociencias
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Resumen
En 2023, Colombia reportó un récord de 252,571 hectáreas de cultivos de coca (Erythroxylum sp.), según la Oficina de las Naciones Unidas contra la Droga y el Delito [UNODC], lo cual representa la cifra más alta jamás registrada y tiene un impacto significativo en los ecosistemas y comunidades locales. Durante las últimas tres décadas, el glifosato ha sido el principal herbicida utilizado para erradicar cultivos ilícitos y prevenir la producción de cocaína. Sin embargo, existe un conocimiento limitado sobre la respuesta biológica en las plantas de coca y los mecanismos específicos activados dentro de sus células al exponerse al glifosato. Este estudio investigó la variabilidad molecular de estas respuestas en dos cultígenos de Erythroxylum coca: ‘Gigante’ (GIG_S) y ‘Boliviana Roja’ (BRO_R). Un experimento de dosis-respuesta realizado en esos cultígenos identificó una resistencia relativa al glifosato en BRO_R. No se observaron mutaciones en el sitio objetivo del gen 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (EPSPS) en estos cultígenos. Además, el análisis de Variación en el Número de Copias (CNV) de EPSPS en GIG_S, BRO_R y en 257 individuos de plantas recolectados en 13 municipios de Colombia, no reveló CNV diferencial de EPSPS y solo hubo un ligero aumento en la expresión de EPSPS en BRO_R. No se encontraron cambios en los patrones de metilación del ADN, estudiados mediante Polimorfismo Amplificado Sensible a la Metilación (MSAP), directamente asociados con la resistencia al glifosato en BRO_R. Por otro lado, se entrevistó a actores clave y habitantes de la comunidad sobre cómo mejorar el control de los cultivos ilícitos de coca. El diverso grupo de actores clave recomendó llevar a cabo una investigación exhaustiva sobre las técnicas de aplicación de herbicidas para minimizar el daño colateral, respaldada por programas de seguimiento y evaluación. En contraste, los habitantes de la comunidad se mostraron escépticos ante la fumigación y prefirieron la erradicación manual de los cultivos de coca. Ambos grupos coincidieron en la necesidad de un mayor apoyo gubernamental a través de programas agrícolas integrales que ofrezcan alternativas económicas viables a los cultivadores de coca. El estudio integró conocimientos moleculares con perspectivas sociales para mejorar las estrategias de aplicación de herbicidas para controlar plantaciones de coca y promover el manejo sostenible del cultivo ilícito. Investigaciones futuras deberían centrarse en mejorar el uso y la eficacia del glifosato en el control de las plantaciones de coca, mejorando la precisión y previniendo posibles mecanismos de resistencia.
Abstract
In 2023, Colombia reported a record 252,571 hectares of coca cultivation (Erythroxylum sp.), as stated by the United Nations Office on Drugs and Crime [UNODC], making it the highest figure ever recorded and significantly impacting local ecosystems and communities. Over the past three decades, glyphosate has been the primary herbicide used to eradicate illicit crops and to prevent cocaine production. However, there is a limited understanding of the biological response of coca plants and the specific mechanisms activated within plant cells upon glyphosate exposure. This study investigated the molecular variability of such responses focused on two Erythroxylum coca cultigens: ‘Gigante’ (GIG_S) and ‘Boliviana Roja’ (BRO_R). A dose-response experiment conducted on those cultigens, identified a relative resistance to glyphosate in BRO_R. No target-site mutations in the 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) gene were observed on these cultigens. Moreover, EPSPS Copy Number Variation (CNV) analyzed in GIG_S, BRO_R, and 257 plant individuals collected from 13 municipalities of Colombia, revealed no differential EPSPS CNV and there was just a minor increase in EPSPS expression in BRO_R. Changes in DNA methylation patterns studied by Methyl-Sensitive Amplified Polymorphism (MSAP) directly associated with glyphosate resistance were not found in BRO_R. On the other hand, stakeholders and community inhabitants were interviewed about how to improve the control of coca plantations. The diverse group of stakeholders suggested conducting robust research on herbicide application techniques to minimize collateral damage through monitoring and evaluating programs. In contrast, community inhabitants were skeptical of spraying and preferred manual eradication of coca plantations. Both groups agreed on the need for increased governmental support through holistic agricultural programs that offer viable economic alternatives to coca growers. The study integrated molecular insights with social perspectives to enhance herbicide application strategies for controlling coca and promote sustainable management of illegal coca cultivation. Future research should focus on improving the use and effectiveness of glyphosate in controlling coca plants, improving the precision and preventing potential resistance mechanisms.
Palabras clave
Cultivos ilícitos, Resistencia a herbicidas, Glifosato, Gen EPSPS, Patrones de metilación, Perspectiva social
Keywords
Illicit crops, Herbicide resistance, Glyphosate, EPSPS gene, Methylation patterns, Social perspectives