Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Cómo las plantas cierran la puerta a las infecciones


Las plantas tienen una capacidad única para protegerse contra los patógenos cerrando sus poros, pero hasta ahora nadie sabía exactamente cómo lo hacían.


por la Universidad de Maryland


Los científicos han sabido que una inundación de calcio en las células que rodean los poros hace que se cierren, pero no estaba claro cómo entró el calcio en las células.

Un nuevo estudio realizado por un equipo internacional que incluye a científicos de la Universidad de Maryland revela que una proteína llamada OSCA1.3 forma un canal que filtra calcio hacia las células que rodean los poros de una planta, y determinaron que una proteína conocida del sistema inmunológico desencadena el proceso.

Los hallazgos son un paso importante hacia la comprensión de los mecanismos de defensa que utilizan las plantas para resistir la infección, lo que eventualmente podría conducir a cultivos más saludables, resistentes y productivos. El artículo de investigación se publicó el 26 de agosto de 2020 en la revista Nature .

«Este es un gran avance, porque una parte sustancial de los alimentos del mundo generados por la agricultura se pierde a causa de los patógenos, y ahora conocemos el mecanismo molecular detrás de una de las primeras y más relevantes señales de la respuesta inmune de las plantas a los patógenos: el estallido de calcio después de infección «, dijo José Feijó, profesor de biología celular y genética molecular en la UMD y coautor del estudio. «Encontrar el mecanismo asociado con este canal de calcio permite realizar más investigaciones sobre su regulación, lo que mejorará nuestra comprensión de la forma en que la actividad del canal modula y, finalmente, aumenta la reacción inmunológica de las plantas a los patógenos».

Los poros de las plantas, llamados estomas, están rodeados por dos células protectoras, que responden a las señales de calcio que le dicen a las células que se expandan o contraigan y desencadenan señales inmunes innatas, iniciando la respuesta de defensa de la planta. Debido a que el calcio no puede pasar directamente a través de las membranas de las células protectoras, los científicos sabían que un canal de calcio tenía que estar funcionando. Pero no sabían qué proteína actuaba como canal de calcio.

Para encontrar esta proteína, el autor principal del estudio, Cyril Zipfel, profesor de fisiología vegetal molecular y celular en la Universidad de Zurich y líder de grupo senior en el Laboratorio Sainsbury en Norwich, buscó proteínas que serían modificadas por otra proteína llamada BIK1. que estudios genéticos y bioensayos identificaron como un componente necesario de la respuesta inmunológica del calcio en las plantas.

Cuando se expone a BIK1, una proteína llamada OSCA1.3 se transformó de una manera muy específica que sugirió que podría ser un canal de calcio para las plantas. OSCA1.3 es un miembro de una amplia familia de proteínas que se sabe que existen como canales iónicos en muchos organismos, incluidos los humanos, y parece activarse específicamente tras la detección de patógenos.

Para determinar si OSCA1.3 era, de hecho, el canal de calcio que estaban buscando, el equipo de Zipfel se acercó a Feijó, quien es conocido por identificar y caracterizar nuevos canales iónicos y mecanismos de señalización en plantas . Erwan Michard, un científico investigador asistente visitante en el laboratorio de Feijó y coautor del artículo, realizó experimentos que revelaron que BIK1 desencadena OSCA1.3 para abrir un canal de calcio en una célula y también explicó el mecanismo de cómo sucede.

BIK1 solo se activa cuando una planta se infecta con un patógeno, lo que sugiere que OSCA1.3 abre un canal de calcio para cerrar los estomas como una respuesta defensiva del sistema inmunológico a los patógenos.

«Este es un ejemplo perfecto de cómo un esfuerzo de colaboración entre laboratorios con diferente experiencia puede generar conclusiones importantes que serían difíciles en esfuerzos individuales», dijo Feijó. «Este conocimiento fundamental es muy necesario para informar a la ecología y la agricultura sobre cómo reaccionará el bioma a los cambios climáticos por los que atraviesa nuestro planeta».

Feijó, ahora incorporará este nuevo conocimiento del canal de calcio OSCA1.3 en otras áreas de investigación en su laboratorio, que está trabajando para comprender cómo el calcio mineral fue cooptado a través de la evolución por todos los organismos vivos para servir como un dispositivo de señalización para información sobre factores estresantes desde la infección hasta el cambio climático.

«A pesar de la relevancia fisiológica y ecológica del cierre de los estomas, la identidad de algunos de los componentes clave que median este cierre todavía se desconoce», dijo Zipfel. «La identificación de OSCA1.3 ahora llena uno de estos importantes vacíos. En el contexto de la inmunidad vegetal, este trabajo es particularmente adecuado en 2020, el Año Internacional de la Sanidad Vegetal de las Naciones Unidas».

El artículo de investigación, «El canal permeable al calcio OSCA1.3 regula la inmunidad estomática de las plantas», se publicó el 26 de agosto de 2020 en la revista Nature .


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