Después de la lesión, las plantas hacen un intercambio entre reparar el tejido dañado y aumentar sus defensas, según un nuevo estudio dirigido por investigadores del Centro de Genómica y Biología de Sistemas de la Universidad de Nueva York y publicado en Developmental Cell .
por la Universidad de Nueva York
Comprender cómo las plantas regulan estas respuestas permitió a los investigadores empujar a las plantas heridas hacia la reparación en lugar de la defensa, una estrategia que podría ser útil para mejorar la regeneración en importantes cultivos básicos como el maíz.
¿Bajo ataque? Plantas «pelea o arregla»
Las plantas están sujetas a una amplia gama de ataques y lesiones, desde orugas y conejos que mastican sus hojas hasta larvas u hongos que atacan sus raíces.
«Las plantas difícilmente pueden pasar unos días sin algún tipo de lesión . Como resultado, han desarrollado estrategias sofisticadas para responder», dijo Kenneth Birnbaum, profesor del Departamento de Biología y Centro de Genómica y Biología de Sistemas de la NYU y autor principal del estudio. .
A diferencia de los animales, que emplean respuestas de «lucha o huida» cuando son atacados, las plantas no pueden correr. En cambio, la lesión desencadena una respuesta de «luchar o arreglar» en las plantas, incitándolas a regenerar sus partes dañadas o faltantes o a defenderse. Las plantas se defienden produciendo rápidamente compuestos diseñados para detener a un animal o patógeno de nuevos ataques (estos compuestos secundarios han demostrado ser particularmente útiles en medicina, dándonos fármacos como la morfina, el paclitaxel y la colchicina).
El equilibrio entre defensa y regeneración
Este estudio buscó comprender cómo se vinculan las respuestas de «luchar o arreglar», si se activan juntas y aumentan al mismo tiempo, o si hay una compensación, con una respuesta que aumenta mientras que la otra disminuye. Los investigadores estudiaron Arabidopsis , una planta pequeña ampliamente utilizada como organismo modelo en biología vegetal, y maíz, el cultivo más grande de Estados Unidos y una fuente de alimento de importancia crítica para personas y animales.
Después de cortar las puntas de las raíces y otras partes de las plantas para dañarlas, los investigadores observaron que las plantas producen alguna respuesta de regeneración y alguna respuesta de defensa, pero no aumentan ambas a su capacidad máxima y, de hecho, al disminuir una respuesta aumenta la otra.
Los investigadores encontraron que este equilibrio en la regeneración y las respuestas de defensa estaba regulado por proteínas similares al receptor de glutamato vegetal (GLR), que son parientes lejanos de los receptores de glutamato que se encuentran en el cerebro. Esto les permitió usar medicamentos que se usan típicamente en la investigación neurobiológica para estudiar las respuestas de la planta a las lesiones. Los GLR se han implicado en las respuestas de defensa de las plantas, pero en el estudio, los GLR también desempeñaron un papel en la regeneración después de una lesión, con señales mediadas por GLR que reducen el sistema de regeneración y aumentan la respuesta de defensa.
Dirigirse a los receptores de glutamato para impulsar la regeneración
Saber que los GLR regulan tanto la regeneración como las respuestas de defensa presenta una oportunidad para mejorar el crecimiento de los cultivos, especialmente los cultivos de cereales como el maíz, el sorgo y el trigo, que son particularmente resistentes a la regeneración.
«Estos receptores de glutamato proporcionan un ‘objetivo farmacológico’ que podemos usar para mejorar la regeneración y propagación de plantas», dijo Birnbaum.
Los investigadores se dirigieron a los GLR al inhibir la actividad de los receptores a través de dos medios: la genética y las drogas. La investigación genética , con la ayuda de José Feijó y su laboratorio en la Universidad de Maryland, involucró la comparación de las respuestas a las lesiones de plantas normales con «mutantes cuádruples»: plantas con mutaciones en cuatro de los genes relacionados con los GLR. Los investigadores encontraron que los mutantes cuádruples eran mejores en la regeneración, lo que sugiere que las mutaciones comprometieron la respuesta de defensa y, al hacerlo, mejoraron la respuesta de regeneración.
Los investigadores también utilizaron tres antagonistas neuronales para inhibir la actividad de GLR. Cada uno de los tres fármacos bloqueó la señalización mediada por GLR después de la lesión de la planta, lo que alteró el proceso de toma de decisiones de las plantas para favorecer la regeneración. Esta regeneración mejoró dramáticamente, incluso más que en los mutantes cuádruples.
«Volver a ajustar el equilibrio entre la defensa y la regeneración de las plantas podría utilizarse para mejorar la regeneración para la biotecnología, la conservación y la propagación de cultivos alimentarios básicos», dijo Birnbaum. «Crear cultivos que se regeneren más fácilmente y puedan adaptarse a nuevos entornos es fundamental frente al cambio climático y la inseguridad alimentaria».
