Las plagas de las plantas, como las bacterias y los hongos, provocan importantes pérdidas de rendimiento en la agricultura. Para desarrollar nuevas estrategias contra estos patógenos, es de vital importancia comprender la respuesta inmunitaria de las plantas.
Por Christina Hoppenbrock, Universidad de Münster
Un equipo dirigido por el biólogo Prof. Jörg Kudla de la Universidad de Münster ha identificado componentes y mecanismos importantes de la maquinaria molecular que transmite información sobre un encuentro con un patógeno dentro del organismo vegetal.
El estudio, que ahora se ha publicado en la revista Science Advances , también proporciona pistas sobre cómo las plantas logran transmitir señales inmunes de una célula a otra sin interrumpir otras cadenas de señalización en las células afectadas.
Cuando las plantas son infectadas por patógenos, desencadenan una respuesta inmunitaria en dos fases: primero se desarrolla directamente en el lugar de la infección y luego se propaga por todo el organismo. Esto prepara las partes de la planta que no habían sido atacadas anteriormente para un posible ataque.
Las señales de calcio desempeñan un papel esencial en este proceso. Cuando un patógeno daña el tejido de la planta , se activan señales de calcio que luego se transmiten de una célula a otra. Además, las células utilizan una NADPH oxidasa (una enzima de la membrana celular ) para liberar especies reactivas de oxígeno como moléculas de señalización adicionales, que luego interactúan con las señales de calcio para permitir la propagación sistémica de la respuesta inmunitaria .
Hasta ahora, los investigadores no comprendían completamente esta interacción entre el calcio y las especies reactivas de oxígeno y la regulación de la NADPH oxidasa por la fosforilación dependiente del calcio.
El equipo de Kudla demostró por primera vez que dos quinasas diferentes, ambas activadas por el calcio, deben trabajar juntas para facilitar la proliferación eficiente de la señal inmunitaria sistémica. Este «módulo bi-quinasa» sensibiliza a la NADPH oxidasa al calcio y permite la activación sinérgica de esta enzima, que luego produce más especies reactivas de oxígeno.
Una de las dos quinasas dependientes del calcio ya se conocía, mientras que la segunda fue identificada por el equipo en el marco del estudio publicado recientemente. «Nunca antes se había descrito un módulo de biquinasa activado por calcio», explica Kudla.
Basándose en sus observaciones, los biólogos propusieron un modelo que detalla los mecanismos de señalización inmune sistémica en plantas: desencadenada por un patógeno, inicialmente una tercera quinasa dentro de la célula infectada desencadena la generación de especies reactivas de oxígeno extracelulares en la célula, que luego se difundirían a la superficie de las células vecinas.
Hasta este punto, el proceso era conocido. Ahora, el equipo ha descubierto que estas especies reactivas de oxígeno no solo desencadenan nuevas señales de calcio en las células vecinas, sino que también activan el módulo bi-quinasa dependiente de calcio, que a su vez activa la liberación de especies reactivas de oxígeno .
Esto provoca un nuevo flujo de calcio hacia las células vecinas, de modo que la señal se propaga sin que las células afectadas entren en contacto con el patógeno. «Sorprendentemente, hemos observado que la intensidad de la señal de calcio en movimiento es relativamente débil, pero suficiente para activar la NADPH oxidasa a través del módulo bi-quinasa. Es probable que esto se deba a la sensibilización de esta enzima. Hemos dilucidado los mecanismos moleculares de esta sensibilización», afirma Kudla.
«También sospechamos que esto permite que esta débil señal de calcio se propague de una célula a otra sin interrumpir otros procesos de señalización dependientes del calcio que están ocurriendo simultáneamente en estas células». Aún no se sabe exactamente cómo las células regulan la intensidad de la señal de calcio.
Para su investigación, el equipo combinó diversos métodos genéticos moleculares, biológicos celulares y bioquímicos. La investigación de la propagación de señales de calcio en los tejidos se llevó a cabo en plantas transgénicas de Arabidopsis thaliana, en las que los investigadores analizaron proteínas biosensoras de calcio mediante microscopía de alta resolución. Para posteriores investigaciones, se utilizaron cultivos de células humanas en los que se reconstruyó la vía de señalización de la planta.
Además del grupo de investigación de Kudla, en el proyecto también participó el grupo de la profesora Iris Finkemeier de la Universidad de Münster. Los demás autores son miembros del grupo de investigación dirigido por la profesora Tina Romeis (anteriormente en la Universidad Libre de Berlín y ahora en el Instituto Leibniz de Bioquímica Vegetal de Halle).
Más información: Philipp Köster et al, Un módulo de biquinasa sensibiliza y potencia la señalización inmunitaria de las plantas, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt9804
