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El descubrimiento podría allanar el camino para cultivos de arroz resistentes a las enfermedades

El descubrimiento podría allanar el camino para cultivos de arroz resistentes a las enfermedades
Los cristales de proteína y una panícula de arroz representados sobre un fondo de granos de arroz representan los aspectos de biología estructural y patología vegetal de un estudio de Varden et al., Que reveló una nueva forma de combatir la enfermedad del añublo del arroz. Crédito: Marina Franceshetti y Phil Robinson

Los investigadores han descubierto una actividad proteica inusual en el arroz que puede explotarse para dar a los cultivos una ventaja en la carrera armamentista evolutiva contra la enfermedad del añublo del arroz, una gran amenaza para la producción de arroz en todo el mundo.


por la Sociedad Estadounidense de Bioquímica y Biología Molecular


Magnaporthe oryzae, el hongo que conduce a la enfermedad del añublo del arroz , crea lesiones en las plantas de arroz que reducen el rendimiento y la calidad del grano. El hongo causa una pérdida de hasta un tercio de la cosecha mundial de arroz, aproximadamente lo suficiente para alimentar a más de 60 millones de personas cada año.

Se han empleado varias estrategias para protegerse del hongo, pero aún no se ha desarrollado un enfoque sostenible. Los costos y las preocupaciones ambientales han limitado el éxito de los fungicidas tóxicos. Y un fenómeno llamado arrastre de ligamiento, en el que se transfieren genes indeseables junto con los deseados, ha dificultado que los fitomejoradores produzcan variedades de arroz que exhiban una resistencia mejorada a las enfermedades pero que sigan produciendo granos a la velocidad deseada.

Las tecnologías de edición de genes podrían eventualmente usarse para insertar genes con precisión en plantas de arroz, superando el problema del arrastre de enlaces, pero primero, los genes que aumentan la inmunidad del arroz deben identificarse o diseñarse.

Un equipo de investigadores en Japón y el Reino Unido informa en el Journal of Biological Chemistry que un receptor inmune de arroz en particular , de una clase de receptores que generalmente reconocen solo proteínas patógenas individuales, cumple una doble función al desencadenar reacciones inmunes en respuesta a dos proteínas fúngicas separadas. . Los genes que codifican este receptor podrían convertirse en una plantilla para diseñar nuevos receptores que puedan detectar múltiples proteínas fúngicas y, por lo tanto, mejorar la resistencia a enfermedades en los cultivos de arroz.

El hongo del añublo del arroz despliega una multitud de proteínas, conocidas como efectoras, dentro de las células del arroz. En respuesta, las plantas de arroz han desarrollado genes que codifican proteínas repetidas ricas en leucina que se unen a nucleótidos, o NLR, que son receptores inmunes intracelulares que provocan efectores fúngicos específicos. Después de que un efector fúngico específico del receptor NLR se une al cebo, se inician vías de señalización que causan la muerte celular.

«(Las células) mueren en un área muy localizada para que el resto de la planta pueda sobrevivir. Es casi como sacrificar el dedo para salvar el resto de su cuerpo», dijo Mark Banfield, profesor y líder de grupo en el Centro John Innes en Norwich, Inglaterra, y autor principal del estudio.

Después de aprender de trabajos anteriores que los efectores fúngicos AVR-Pia y AVR-Pik tienen estructuras similares, los investigadores buscaron averiguar si los NLR de arroz que se sabe que se unen a uno de estos efectores también podrían unirse al otro, dijo Banfield.

Los científicos introdujeron diferentes combinaciones de NLR de arroz y efectores de hongos en el tabaco (un sistema modelo para estudiar la inmunidad de las plantas) y también usaron plantas de arroz para mostrar si algún par inusual podría unirse y provocar respuestas inmunes. Un NLR de arroz de unión a AVR-Pik llamado Pikp desencadenó la muerte celular en respuesta a AVR-Pik como se esperaba, pero sorprendentemente, los experimentos mostraron que las plantas que expresan este NLR también reaccionaron parcialmente a AVR-Pia.

Los autores observaron de cerca el emparejamiento inesperado utilizando cristalografía de rayos X y notaron que el arroz NLR poseía dos sitios de acoplamiento separados para AVR-Pia y AVR-Pik.

En su forma actual, Pikp causa reacciones inmunes escasas después de unirse a AVR-Pia, sin embargo, el ADN del receptor podría modificarse para mejorar su afinidad por los efectores no coincidentes, dijo Banfield.

«Si podemos encontrar una manera de aprovechar esa capacidad, podríamos producir un super NLR que sea capaz de unirse a múltiples efectores de patógenos», dijo Banfield.

Como final definitivo, las tecnologías de edición de genes podrían usarse para insertar versiones mejoradas de NLR, como Pikp, en las plantas , dijo Banfield, lo que podría inclinar la balanza a favor de los cultivos de arroz frente a la enfermedad del añublo del arroz.



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