Independientemente de cómo se diga «tomate», todos contienen tomatina, una toxina en los frutos, hojas y raíces verdes de la planta.
Los tomates producen el compuesto de sabor amargo, un importante metabolito especializado en plantas secretado por las raíces, para defenderse de patógenos y recolectores.
Dichos metabolitos funcionan como nutrientes y señales químicas, afectando la formación de comunidades microbianas que influyen en gran medida en el crecimiento de las plantas.
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Estudios anteriores han descubierto que las toxinas orgánicas de origen vegetal (saponinas, como la tomatina) alteran la comunidad microbiana alrededor de las raíces del tomate al aumentar la bacteria Sphingobium. Sin embargo, lo que seguía sin saberse era cómo las colonias de microbios en la rizosfera del tomate (el suelo que rodea las raíces) lidiaron con la tomatina.
Ahora, un grupo de investigación liderado por la Universidad de Kyoto ha revelado que el Sphingobium posee una serie de enzimas que hidrolizan la tomatina, desintoxicándola.
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«También identificamos enzimas que convierten la tomatidina esteroide en compuestos más pequeños y no tóxicos», dice Akifumi Sugiyama del Instituto de Investigación para la Humanósfera Sostenible de la Universidad de Kyoto.
«Nuestro descubrimiento de estos metabolitos nos ayuda a comprender cómo los microorganismos del suelo se enfrentan a los compuestos tóxicos de origen vegetal para habitar la rizosfera con éxito», añade Masaru Nakayasu, también de RISH.
El equipo de Sugiyama aisló varias bacterias de las raíces de tomate y del suelo con infusión de tomatina e identificó la cepa bacteriana RC1, que degrada la tomatina y la utiliza como fuente de carbono.
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Los análisis de secuencia de los genes de RC1 demostraron que la expresión de varios genes de la familia de las glicohidrolasas aumentaba en presencia de tomatina. Las expresiones de las proteínas codificadas por los genes de la bacteria E Coli confirmaron su capacidad para degradar la tomatina in vitro.
«Pensábamos que los cuatro azúcares unidos a la tomatina se degradaban en algún orden, pero descubrimos que los cuatro genes correspondientes SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 y SpGH3-3 trabajan conjuntamente para hidrolizar la tomatina a tomatidina», señaló Kyoko Takamatsu en Escuela de Graduados en Ciencias Agrícolas de la Universidad de Kyoto.
Los autores anticipan mayores esfuerzos para desarrollar saponinas distintas a la tomatina y analizar cómo los genes que degradan las saponinas afectan la interacción entre las plantas y las comunidades bacterianas en la rizosfera.
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«Dado que muchos metabolitos especializados en plantas ofrecen beneficios para la salud humana, podemos diseñar genes bacterianos en función de sus funciones enzimáticas para producir nuevos compuestos bioactivos para aplicaciones humanas», concluyó Sugiyama.
El estudio se publica en la revista mBio .
Más información: Masaru Nakayasu et al, Sphingobium asociado a la raíz de tomate alberga genes para catabolizar glicoalcaloides esteroides tóxicos, mBio (2023). DOI: 10.1128/mbio.00599-23
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