Comprender esta estrategia puede tener aplicaciones en la medicina humana en la búsqueda de nuevas formas de mejorar la inmunidad a las enfermedades bacterianas.
En un comunicado de la Universidad de Salk, se informa sobre un importante descubrimiento en la defensa inmune de las plantas: “Las plantas, al igual que los animales, dependen del hierro para el crecimiento y la regulación de los microbiomas: grupos de bacterias, hongos, etc. que coexisten en lugares tales como los intestinos de los animales o el suelo alrededor de las raíces de una planta. Al mismo tiempo, las plantas han desarrollado su propia estrategia para gestionar el hierro con el fin de limitar la proliferación de bacterias dañinas del suelo en el microbioma de las raíces.
Ahora, los científicos de la Universidad de Salk han descubierto exactamente cómo hacen esto las plantas: eliminando IMA1, una señal molecular de deficiencia de hierro en las raíces en riesgo de ataque bacteriano. En lugar de enviar señales a las raíces, redirigen más IMA1 a las hojas, lo que permite una mejor defensa contra el ataque bacteriano. Por lo tanto, la vía de señalización de la deficiencia de hierro y el sistema inmunológico de las plantas están profundamente conectados.
“Existe una conexión de larga data entre el hierro y las bacterias que alimentan a las plantas. Estudiar esta conexión de manera más matizada nos permitió identificar una nueva y sorprendente vía de señalización que las plantas utilizan para desactivar la absorción de hierro como estrategia de defensa contra bacterias amenazantes, alterando así la respuesta inmune de la planta», dice Wolfgang Busch, autor principal del artículo de Nature. ., profesor y director ejecutivo de la Iniciativa de Investigación de Plantas de la Universidad de Salk.
Debido a que el hierro biodisponible (hierro en un estado que puede ser utilizado por plantas y animales) es un nutriente relativamente escaso, la deficiencia de hierro (y el consiguiente retraso en el crecimiento de las plantas) no es infrecuente. Debido a que el retraso en el crecimiento no es ideal, las plantas han desarrollado técnicas para promover la absorción de hierro en ambientes bajos en hierro. Sin embargo, estos métodos pueden cambiar todo el microbioma alrededor de las raíces y aumentar la disponibilidad de hierro no sólo para las plantas, sino también para las bacterias dañinas que viven cerca.
Para desentrañar la compleja relación entre la salud de las plantas, los niveles de hierro y las amenazas bacterianas, los investigadores recurrieron a la pequeña planta modelo Arabidopsis thaliana . Cultivaron la planta en sustratos nutritivos bajos y altos en hierro y luego agregaron fragmentos de flagelos (las colas que las bacterias usan para moverse) para imitar la presencia de bacterias.
“Presumimos que habría algún tipo de competencia por el hierro entre la planta y las bacterias. Pero, para su sorpresa, descubrieron que cuando las plantas se sienten amenazadas por bacterias dañinas, están dispuestas a dejar de recibir hierro y dejar de crecer: se privan de hierro para debilitar al enemigo”, dice el primer autor Ming Cao, becario postdoctoral en Bush. laboratorio.
Cuando las raíces fueron expuestas a flagelos en un ambiente bajo en hierro, las plantas mostraron una respuesta inesperada: en lugar de la esperada batalla por el hierro entre la planta y las bacterias, la planta perdió inmediatamente al eliminar la señal de deficiencia de hierro IMA1. Cuando las raíces estuvieron expuestas a flagelos en un ambiente rico en hierro, IMA1 no se eliminó pero no fue necesario expresarlo porque los niveles de hierro eran suficientes.
En las plantas que eliminaron IMA1 en respuesta a niveles bajos de hierro y flagelos, los investigadores encontraron otra sorpresa: la acumulación de señalización de IMA1 en las hojas, lo que proporciona una ventaja sobre el ataque bacteriano. Esta observación llevó a la conclusión de que la disponibilidad de hierro y la señalización de la deficiencia de hierro ayudan a impulsar las respuestas inmunitarias de las plantas.
Los investigadores creen que IMA1 puede ser un objetivo útil para optimizar la inmunidad de las plantas frente al cambio climático y el aumento de la presión de los patógenos. El descubrimiento de que las plantas dejan de absorber hierro y de crecer frente a bacterias potencialmente dañinas es el comienzo de una historia mucho más larga sobre la resiliencia de las plantas, los microbiomas de plantas y animales y el cambio climático.
El equipo planea comprender en detalle exactamente cómo las células individuales de las raíces de las plantas desactivan la vía de señalización IMA1. El estudio de las raíces de las plantas puede enseñar a los científicos sobre otros tejidos de absorción, como el intestino humano, para que puedan comprender mejor cómo interactúan los microbiomas de los mamíferos, el sistema inmunológico y el hierro para optimizar la salud”.
Fuente: Instituto Salk Raíz de la planta (gris) que muestra la expresión de IMA1 (amarillo) durante la deficiencia de hierro (izquierda) y la deficiencia de hierro más presencia bacteriana simulada (derecha). Foto: Instituto Salk.
