Las plantas usan ciertas moléculas para activar los centros de control de defensa clave contra los patógenos que causan enfermedades, lo cual es importante saber para desarrollar futuras defensas de cultivos.
Dos estudios publicados en la revista Science por científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento en Colonia, Alemania, en colaboración con colegas de China, informan el descubrimiento de moléculas celulares naturales que impulsan respuestas inmunitarias críticas de las plantas.
La producción mundial de alimentos debe duplicarse para 2050 para alimentar a los 2 mil millones de personas adicionales que se espera que vivan en la Tierra para entonces. Esto requiere mayores rendimientos para muchos cultivos importantes. Para ello, es necesario desarrollar estrategias para hacer que las plantas sean más resistentes a los agentes infecciosos microscópicos, así como para garantizar la seguridad ambiental de la producción de alimentos. Lograr esto, a su vez, requiere una comprensión detallada del sistema inmunológico, la defensa que construyen las plantas cuando se enfrentan a microorganismos invasores.
En dos estudios, dirigidos por Gigi Chai y Jane Parker en el Instituto de Investigación de Fitomejoramiento. Max Planck en Colonia y la Universidad de Colonia en Alemania, en colaboración con el grupo de Junbiao Chang en la Universidad de Zhengzhou y un grupo dirigido por Zhifu Han en la Universidad de Beijing, identificaron dos clases de moléculas y determinaron sus modos de acción en la mediación de las respuestas inmunitarias dentro de las células vegetales. .
Sus hallazgos allanan el camino para el desarrollo de pequeñas moléculas bioactivas que podrían permitir la manipulación de la resistencia de las plantas a los microbios dañinos.
A nivel molecular, la principal estrategia inmunológica utilizada por las plantas involucra proteínas llamadas receptores repetidos de unión a nucleótidos ricos en leucina, o NLR, por sus siglas en inglés.
Los NLR son activados por microorganismos invasores y desencadenan una respuesta protectora, llamada hipersensibilidad, que incluye limitar el crecimiento del patógeno y, a menudo, limitar severamente la muerte celular en el sitio de la infección, similar a la amputación, por ejemplo, de un dedo del pie para garantizar la supervivencia. del cuerpo humano
Se ha demostrado que una clase de proteínas NLR que tienen los llamados dominios toll/receptor de interleucina-1 (TIR), denominadas TIR-NLR (o TNL), señalan la susceptibilidad mejorada a la enfermedad 1 (EDS1) de la proteína inmunitaria corriente abajo.
Las proteínas más pequeñas que contienen TIR también señalan a EDS1 para mejorar la resistencia a las enfermedades.
EDS1 funciona como un centro de control que, dependiendo de los tipos de otras proteínas con las que interactúa, empuja a las células vegetales a restringir el crecimiento de patógenos o la muerte celular. Trabajos anteriores han demostrado que los receptores TNL y las proteínas TIR son en realidad enzimas inducidas por patógenos. La evidencia sugiere que estas enzimas TIR producen un pequeño mensajero para la señalización de EDS1 dentro de las células.
Sin embargo, no se ha determinado la identidad de las moléculas exactas generadas por TNL o TIR que estimulan diferentes respuestas inmunitarias.
Parker y sus colegas descubrieron que las enzimas TNL activadas por patógenos dentro de las células vegetales pueden desencadenar dos módulos funcionales de EDS1 que conducen a la inmunidad o la muerte celular.
Para identificar las pequeñas moléculas producidas por TNL o TIR que actúan sobre EDS1, un grupo de científicos chinos aplicó a las plantas un método para restaurar componentes clave de la vía de señalización en células de insectos, un principio que permite producir una gran cantidad de moléculas. y purificado para su posterior aislamiento y caracterización.
Usando este enfoque, los investigadores descubrieron dos clases diferentes de moléculas de nucleótidos modificadas producidas por TNL y TIR. Estos compuestos se unen predominantemente y activan varios subcomplejos EDS1. Por lo tanto, los autores informan que varios subcomplejos EDS1 reconocen ciertas moléculas producidas por TIR que funcionan como sustancias químicas portadoras de información.
Los receptores inmunes TIR y las proteínas concentradoras EDS1 existen en muchas especies de cultivos importantes como el arroz y el trigo, y Gigi Chai señala que “las pequeñas moléculas identificadas catalizadas por TIR pueden usarse como inmunoestimulantes generales y naturales para combatir las enfermedades de los cultivos”. Jane Parker señala que “el conocimiento de los modos de acción bioquímicos de estas pequeñas moléculas abre un capítulo completamente nuevo en la señalización de la inmunidad de las plantas y el control de enfermedades”.
(Fuente: phys.org. Foto: Dmitry Lukyanov).
