La vida de un científico vegetal implica largas horas en el laboratorio, ideando, diseñando y supervisando experimentos que podrían revelarnos algo nuevo sobre el funcionamiento de la vida. Pero a veces ayuda desconectarse de la computadora, colgar la bata y buscar inspiración en la naturaleza.
Investigadores del Centro John Innes hicieron precisamente eso, adentrándose en las zonas más verdes del Parque de Investigación de Norwich, donde se encuentra el laboratorio del Dr. Phil Carella. El objetivo de su búsqueda era una humilde planta sin flores, parecida a una maleza, un tipo de hepática llamada Marchantia polymorpha, que suele habitar en las grietas del pavimento.
En nuestros experimentos, trabajamos con versiones cultivadas en laboratorio de estas especies sin flores, a menudo infectándolas con patógenos de plantas con flores. Nuestros colegas nos preguntan a menudo si también se infectan de forma natural. Así que ideamos un pequeño proyecto paralelo para investigarlo. Entonces empezaron a suceder cosas interesantes, dijo el Dr. Carella.
El resultado es un nuevo estudio en Current Biology que subraya la naturaleza fundamental de cómo se enferman las plantas y cómo podemos ayudarlas a evitar la infección por microbios parásitos, incluidos algunos de nuestros principales cultivos.
El grupo Carella del Centro John Innes estudia la inmunidad de las plantas y la virulencia de los patógenos, utilizando plantas diversas y distantemente relacionadas, como Marchantia polymorpha, como modelo científico.
Estas plantas sin flores se separaron de sus parientes con flores hace unos 500 millones de años y sus genomas y requisitos de crecimiento «menos complejos» las convierten en un modelo útil para explorar cómo el reino vegetal se ve afectado de forma diversa por los patógenos que propagan enfermedades.
Investigaciones anteriores del grupo Carella han demostrado que los patógenos bacterianos del complejo de especies Pseudomonas syringae pueden colonizar plantas distantemente relacionadas, tanto especies con flores como sin flores.
Estos experimentos previos se llevaron a cabo en el laboratorio pero, para responder a la pregunta de si estos hallazgos se aplican en la naturaleza, los investigadores idearon y realizaron una serie innovadora de experimentos dirigidos por la técnica de laboratorio y primera autora del estudio, Kayla Robinson.
Primero, el equipo visitó el sitio para encontrar ejemplares de Marchantia polymorpha que presentaran signos de enfermedad. De estas plantas enfermas, utilizaron técnicas microbiológicas para aislar 40 cepas de bacterias Pseudomonas, algunas patógenas y otras no patógenas. A continuación, tomaron algunas de estas cepas bacterianas y reinfectaron ejemplares de Marchantia polymorpha cultivados en laboratorio.
Algunas de las cepas, identificadas mediante tecnología de secuenciación genética, eran una especie llamada Pseudomonas viridiflava, un patógeno oportunista conocido de plantas con flores que nunca antes había sido identificado en plantas sin flores como la hepática.
El análisis genómico de las cepas patógenas reveló cinco genes «efectores» bacterianos, dos de los cuales eran comunes entre todos los patógenos de Pseudomonas y estaban involucrados en permitir que las bacterias patógenas infectaran la hepática.
Los investigadores luego repitieron estos experimentos para infectar la planta modelo con flores Nicotiana benthamiana para demostrar que este patógeno bacteriano utilizaba el mismo mecanismo de infección central para colonizar plantas con flores y sin flores.
«Nuestro estudio demuestra que existe un mecanismo común para causar enfermedades en plantas con parentescos muy lejanos», afirmó el Dr. Carella. «Algunas de las especies bacterianas con las que trabajamos tienen hasta treinta efectores, pero aquí hemos aislado un patógeno simplificado con tan solo cinco efectores que puede infectar plantas tan diferentes.
Creemos haber encontrado el complemento mínimo de efectores necesario para infectar una planta, ya sea en floración o no. Esto implica que estos efectores se dirigen a procesos inmunitarios muy profundamente conservados y potencialmente antiguos en las plantas.
Poder utilizar Marchantia polymorpha como especie modelo relevante para las plantas con flores, incluidos los cultivos, abre las puertas en el campo de la inmunidad vegetal, añadió el Dr. Carella.
Además de los conocimientos evolutivos, el uso de Marchantia ofrece beneficios prácticos: es pequeña y más fácil de cultivar que las plantas con flores, y es haploide (esto significa que tiene una copia del genoma en lugar de dos), lo que la convierte en un sistema más rápido y optimizado, y, sin embargo, relevante para comprender los aspectos compartidos de la inmunidad y la infección en el reino vegetal).
Si bien el estudio destaca la importancia de salir al exterior para descubrir la diversidad de la naturaleza, también destaca la importancia de los técnicos de laboratorio capacitados para el descubrimiento científico fundamental, agregó el Dr. Carella.
La mayor parte del trabajo fue realizado por nuestra talentosa técnica de investigación, Kayla Robinson. Contar con alguien con la experiencia y los conocimientos necesarios para evaluar cuidadosamente cada experimento, planificarlo y realizar los ajustes necesarios es fundamental para el éxito de nuestro trabajo y es solo una de las razones por las que el Centro John Innes reconoce el valor de los técnicos al adherirse al Compromiso Técnico .
Más información: Kayla Robinson et al., Efectores conservados sustentan la virulencia de Pseudomonas aisladas de hepáticas en plantas divergentes, Current Biology (2025). DOI: 10.1016/j.cub.2025.03.015
