Un estudio reciente ha revelado cómo las plantas y las bacterias intercambian genes para mejorar la salud y el desarrollo de las plantas.
por la Universidad Hebrea de Jerusalén
El equipo descubrió 75 genes que se transferían entre plantas pequeñas de rápido crecimiento (Arabidopsis thaliana) y sus compañeras bacterianas, lo que influye en procesos clave como el metabolismo de los carbohidratos y la síntesis de hormonas. Este hallazgo no solo profundiza nuestra comprensión de la biología vegetal, sino que también abre posibilidades interesantes para mejorar la resiliencia y la productividad de los cultivos mediante biotecnologías avanzadas.
El estudio, dirigido por el Dr. Asaf Levy del Instituto de Ciencias Ambientales de la Universidad Hebrea, en colaboración con la Dra. Yulia Fridman, el Dr. Hitaishi Khandal y la Prof. Sigal Savaldi-Goldstein de la Facultad de Biología del Instituto Tecnológico Technion-Israel, revela una transferencia horizontal de genes (HGT) dinámica entre reinos que podría revolucionar nuestra comprensión de la biología vegetal y bacteriana y de las prácticas agrícolas .
El trabajo se publica en la revista ISME Communications .
Las plantas dependen de una comunidad compleja de bacterias que son cruciales para su salud y desarrollo. El equipo de investigación planteó la hipótesis y confirmó que la relación estrecha y duradera entre las plantas y su microbiota facilita el fenómeno poco común de la transferencia horizontal de genes, en el que los genes se transfieren directamente entre diferentes especies.
En un nuevo descubrimiento, el Dr. Levy y su equipo identificaron 75 genes únicos que se transfirieron horizontalmente entre Arabidopsis thaliana, una planta modelo comúnmente estudiada, y bacterias. Las plantas adquirieron 59 genes de las bacterias y las bacterias adquirieron al menos 16 genes de las plantas durante la evolución. Estos genes mejoran principalmente el metabolismo de los carbohidratos y la biosíntesis de auxinas, fundamentales para la regulación del crecimiento de las plantas y las respuestas inmunitarias.
Por ejemplo, un grupo de bacterias, las Streptomyces, adquirieron de las plantas un gen que les permite descomponer la quitina, un compuesto que predomina en insectos y hongos. Además, el estudio identificó 111 genes que se transfirieron entre bacterias y eucariotas en general (no necesariamente plantas).
Además, el estudio validó estos hallazgos al demostrar que un gen bacteriano del filo Actinobacteria, cuando se expresa en Arabidopsis, corrige los defectos de crecimiento asociados con la mutación del gen DET2 de la planta. DET2 es esencial para la síntesis de un tipo de hormona vegetal llamada brasinoesteroide, que es crucial para el crecimiento y el desarrollo de las plantas.
Una planta que carece del gen DET2 es una planta enana. Sin embargo, al expresar el gen DET2 homólogo bacteriano en el interior de las plantas, los investigadores lograron obtener una planta de tamaño normal, demostrando que los dos genes tienen la misma función.
«Este estudio pone de relieve las complejidades de las interacciones entre plantas y microbios y nos sorprendió que los genes fueran adquiridos por organismos que se encuentran en lugares tan remotos del árbol de la vida, como las bacterias y las plantas. Un gen bacteriano adquirido por una planta tiene que sufrir algunos cambios para ser activo dentro de las células vegetales. Será interesante estudiar los mecanismos por los que se adquieren y evolucionan los genes. El estudio abre nuevas vías para aplicaciones biotecnológicas en la agricultura», dijo el Dr. Levy.
«Comprender y aprovechar estas transferencias genéticas podría conducir a estrategias innovadoras para mejorar la resiliencia y la productividad de los cultivos si entendemos por qué y cómo se transfirieron determinados genes. También resulta interesante saber si las bacterias intercambian genes con otros organismos, como los animales, incluidos los humanos».
En un contexto de crecientes desafíos para la agricultura mundial derivados del cambio climático y el crecimiento demográfico, se necesitan urgentemente innovaciones que mejoren la resiliencia y la productividad de los cultivos. Según las proyecciones, los avances en las interacciones entre plantas y microbios podrían aumentar significativamente la producción mundial de alimentos, lo que daría respuesta a la creciente demanda de seguridad alimentaria. En la actualidad, el sector agrícola gasta miles de millones de dólares al año en combatir las enfermedades de las plantas y las tensiones ambientales.
Más información: Shelly Haimlich et al., Widespread horizontal gene transfer between plants and bacteria, ISME Communications (2024). DOI: 10.1093/ismeco/ycae073
