La podredumbre negra en coles, rábanos y cultivos crucíferos relacionados puede tener consecuencias desastrosas para el rendimiento y la producción de plantas comercializables.
por la Universidad de Nagoya
La bacteria Xanthomonas campestris es la principal causa de la enfermedad de la pudrición negra, que actúa retardando varios procesos biológicos mediados por la luz. Detrás de este retraso biológico se encuentra una cascada de señalización complicada que se equilibra con proteínas especializadas como los fitocromos.
Los fitocromos son importantes para mediar el crecimiento y el desarrollo de las plantas al actuar como interruptores de luz : controlan la luz que cae sobre la planta y desencadenan reacciones como evitar la sombra. Su estructura está organizada en módulos que interactúan entre sí y cambian de forma cuando absorben dos longitudes de onda de luz específicas (las llamadas “rojas” y “rojas lejanas”). Este es un elemento clave en la respuesta de una planta a la luz. Desde su descubrimiento, también se han aislado fitocromos en cianobacterias, bacterias no oxigenadas y hongos.
Los científicos han pasado décadas tratando de comprender la capacidad de Xanthomonas para causar enfermedades, con la esperanza de desentrañar los detalles mecánicos de los procesos de infección y el ciclo de vida de la bacteria, e identificar un medio para tratar la enfermedad de la pudrición negra. Una de las principales direcciones de la investigación actual es comprender la estructura de los actores biológicos, incluidos los fitocromos, responsables de estos procesos. Sin embargo, los fitocromos son un objetivo desafiante porque tienen una estructura modular, y cuando detectan la luz, sus módulos se vuelven flexibles y la proteína cambia de forma mientras se observa.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Hernán Bonomi de la Fundación Instituto Leloir, Argentina, arrojó luz sobre cómo se crean y propagan las señales de largo alcance detectadas por los fitocromos. El trabajo fue publicado en la revista Science Advances el 26 de noviembre de 2021. El equipo es una gran colaboración internacional que incluye investigadores de Argentina, Francia y Japón. El profesor Leonard Chavas de la Universidad de Nagoya aportó su experiencia en radiación de sincrotrón y análisis estructural .
Varios grupos de investigación en todo el mundo han mostrado interés en comprender los fitocromos a nivel molecular y han resuelto una gran cantidad de estructuras de fitocromos de una variedad de organismos. Sin embargo, a pesar de la gran cantidad de información estructural reportada en la literatura, la estructura flexible de la proteína es difícil de identificar. La pregunta más importante sin respuesta es cómo los cambios estructurales de largo alcance observados dentro de los fitocromos se propagan desde su módulo sensor de luz a su “módulo efector” durante la fotoconversión. Cuando recibe la señal, el módulo efectoradquiere la forma ideal para iniciar una cascada de reacciones que regulan la respuesta de la bacteria a la luz. Esta pregunta fue difícil de alcanzar principalmente porque las estructuras de fitocromo conocidas están truncadas; hasta ahora, no se ha informado de una estructura de fitocromo de longitud completa a una resolución a escala atómica, tanto en los fotostatos activados como en los no activados.
En su artículo, el equipo de investigación presenta una caracterización completa del fitocromosensor de luz en la bacteria Xanthomonas, en sus dos estados fotosensibles clave (activado y desactivado). Además, los cambios de forma inducidos por la luz de los módulos que componen la proteína se describen hasta una resolución a escala atómica, destacando reordenamientos estructurales notables en los niveles secundario, terciario y cuaternario por primera vez en esta familia de fotorreceptores. Combinando estos resultados con estudios bioquímicos y computacionales, se propuso un nuevo modelo de fotoactivación que explica el mecanismo de señalización, a partir de los cambios en la estructura química del cromóforo (la región dentro de la proteína que es capaz de recibir luz roja y “roja lejana” y iniciar una señal de cambio de forma) hasta la remodelación no solo de las interacciones entre los módulos, sino también de la forma en que se ensambla la proteína.
Los resultados de la investigación tienen implicaciones en fotobiología, así como para la comprensión de los mecanismos de patogenicidad de las bacterias en las plantas y, en particular, la enfermedad de la pudrición negra.
