Cómo los mecanismos de detección de amenazas de las plantas dan la alarma


Un nuevo trabajo dirigido por Zhiyong Wang de Carnegie desenreda un complejo proceso de señalización celular que sustenta la capacidad de las plantas para equilibrar el gasto de energía en el crecimiento y defenderse de los patógenos. 


por la Institución Carnegie para la Ciencia


Estos hallazgos, publicados en Nature Plants , muestran cómo las plantas usan circuitos celulares complejos para procesar información y responder a amenazas y condiciones ambientales.

“Las plantas no tienen cerebros como nosotros, y es posible que estén fijas en su lugar y no puedan huir de los depredadores o patógenos , pero no se sientan mal por ellas, porque han desarrollado una red increíble de circuitos de procesamiento de información que les permiten ‘tomar decisiones’ en respuesta a las situaciones en las que se encuentran”, explicó Wang.

Bromeando, agregó, “una planta nunca cantará ‘If I Only Had a Brain’, porque en su lugar han desarrollado esta maravilla de toma de decisiones receptiva”.

Las plantas superiores colocan cientos de sensores altamente especializados, llamados quinasas receptoras, en la superficie de sus células para monitorear el medio ambiente y comunicarse entre las células. El laboratorio de Wang está trabajando para dilucidar los circuitos moleculares que conectan estos sensores con respuestas celulares específicas, como el crecimiento y la inmunidad. Mejorar nuestra comprensión de cómo las plantas toman decisiones celulares puede respaldar las intervenciones tecnológicas para mejorar los rendimientos agrícolas frente a un planeta que se calienta.

En este trabajo actual, publicado en Nature Plants , el equipo de Wang descubrió que dos de estos sensores usan un sistema de diferentes etiquetas moleculares que involucran una proteína que se comparte entre sus respectivos circuitos de comunicación. Este hallazgo vincula los bucles de crecimiento y respuesta inmune, lo que mejora nuestra comprensión de cómo las plantas toman sus decisiones más importantes.

Cuando una planta detecta una amenaza, necesita activar cadenas de comunicación que den la alarma y le digan que luche contra el patógeno. Hay dos tipos principales de mecanismos de detección de amenazas en las células vegetales: la capacidad de reconocer patrones químicos distintivos que significan un invasor, como los componentes de una célula bacteriana, y la capacidad de reconocer una interrupción causada por un patógeno invasor.

Wang y sus colaboradores de investigación, incluidos Chan Ho Park de Carnegie (autor principal), Yang Bi, Nicole Xu, Ruben Shrestha y Shouling Xu, junto con Jung-gun Kim y Mary Beth Mudgett de la Universidad de Stanford y colegas de la Universidad Chung-Ang, Hanyang University y UC San Francisco rastrearon el papel de una enzima en las vías de señalización bioquímica para ambos tipos de reconocimiento de amenazas.

Llamado BSU1, los investigadores demostraron que desempeña funciones clave, pero distintas, en dos vías: una que promueve el crecimiento y la otra que activa el sistema de alarma de amenazas de la planta.

Una vía involucra un receptor para un miembro de la clase de hormonas vegetales llamados brasinoesteroides, que Wang ha estudiado extensamente y son cruciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas, la germinación de semillas y la fertilidad. La otra vía funciona a través de receptores de reconocimiento de patrones que se especializan en detectar la cola móvil de un invasor bacteriano.

Ambas vías involucran sensores de superficie celular que, cuando son activados por señales externas, etiquetan químicamente diferentes proteínas para activar o desactivar su comportamiento, transmitiendo información a lo largo de una cadena de interacciones.

Los investigadores se sorprendieron al descubrir que BSU1 participa en dos cadenas de interacción completamente separadas. En la ruta de los brasinoesteroides, BSU1 participa en las funciones de crecimiento y desarrollo de la hormona. En la vía de reconocimiento de patrones, BSU1 participa en la activación de la inmunidad tras la detección de amenazas. BSU1 traduce los códigos de los diferentes sensores mediante el uso de diferentes segmentos de su estructura para aceptar la etiqueta química, y cada ubicación representa un mensaje diferente.

En conjunto, estos resultados demuestran la complejidad interconectada del crecimiento y la respuesta inmunitaria. Además, son una sorprendente revelación de la forma en que las plantas toman información, la procesan a través de circuitos bioquímicos que imitan un lenguaje informático binario y reaccionan a las condiciones ambientales para mejorar sus posibilidades de supervivencia.

“Nuestro trabajo demuestra cómo una proteína como BSU1 puede actuar como un chip de computadora en el procesamiento de información compleja”, concluyó Wang. “Mientras nos preparamos para un mundo en el que el cambio climático aumenta el estrés en cultivos importantes de alimentos y biocombustibles, es fundamental que entendamos cómo las plantas detectan y reaccionan a las amenazas externas”.


Más información: Chan Ho Park et al, Desconvolucionando las señales aguas abajo del crecimiento y las quinasas de los receptores inmunitarios mediante fosfocódigos de las fosfatasas de la familia BSU1, 

Nature Plants (2022). DOI: 10.1038/s41477-022-01167-1