Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

El parásito agrícola toma el control de los genes de la planta huésped

Dodder, una planta parásita que causa grandes daños a los cultivos en los Estados Unidos y en todo el mundo cada año, puede silenciar la expresión de genes en las plantas hospedadoras de las que obtiene agua y nutrientes. 


por Penn State


Esta regulación genética entre especies, que incluye genes que contribuyen a la defensa de la planta huésped contra los parásitos, nunca antes se había visto en una planta parasitaria. Comprender este sistema podría proporcionar a los investigadores un método para diseñar plantas resistentes al parásito. Un artículo que describe la investigación de un equipo que incluye científicos de Penn State y Virginia Tech aparece el 4 de enero de 2018 en la revista Nature .

«Dodder es un parásito obligado, lo que significa que no puede vivir por sí solo», dijo Michael J. Axtell, profesor de biología en Penn State y autor del artículo. «A diferencia de la mayoría de las plantas que obtienen energía a través de la fotosíntesis, la cuscuta extrae el agua y los nutrientes de otras plantas conectándose al sistema vascular del huésped mediante estructuras llamadas haustoria. Pudimos demostrar eso, además de los nutrientes que fluyen hacia la cáscara desde el planta huésped a través de la haustoria, dodder pasa microARN a su planta huésped que regulan la expresión de los genes del huésped de una manera muy directa «.

Los microARN son fragmentos muy cortos de ácido nucleico (el material del ADN y el ARN) que pueden unirse a los ARN mensajeros que codifican proteínas. Esta unión de microARN al ARN mensajero evita que se produzca la proteína, ya sea bloqueando el proceso directamente o activando otras proteínas que cortan el ARN mensajero en trozos más pequeños. Es importante destacar que los pequeños remanentes del ARN mensajero pueden funcionar como microARN adicionales, uniéndose a otras copias del ARN mensajero, provocando un mayor silenciamiento génico.

El parásito agrícola toma el control de los genes de la planta huésped
Dodder, una planta parásita, adherida a una planta huésped de la que obtiene agua y nutrientes. El parásito inserta microARN en el huésped que pueden silenciar la expresión de los genes del huésped. Este es el primer ejemplo de regulación genética de especies cruzadas observado en una planta parásita. Crédito: Universidad Penn State

«Dodder parece activar la expresión de estos microARN cuando entra en contacto con la planta huésped», dijo James H. Westwood, profesor de patología vegetal, fisiología y ciencia de las malezas en Virginia Tech y otro autor del artículo. «Lo que fue realmente interesante es que los microARN se dirigen específicamente a los genes del huésped que están involucrados en la defensa de la planta contra el parásito».

Cuando una planta es atacada por un parásito, inicia una serie de mecanismos de defensa. En uno de estos mecanismos, similar a la coagulación de la sangre después de un corte, las plantas producen una proteína que coagula el flujo de nutrientes al sitio del parásito. El microARN de dodder se dirige al ARN mensajero que codifica esta proteína, que luego ayuda a mantener un flujo libre de nutrientes hacia el parásito. El gen que codifica esta proteína de coagulación tiene una secuencia muy similar en muchas especies de plantas, y los investigadores demostraron que el microARN de dodder se dirige a regiones de la secuencia de genes que están más conservadas en las plantas. Debido a esto, la cuscuta probablemente puede silenciar esta proteína de la coagulación y, por lo tanto, parasitar una amplia variedad de especies de plantas.

Los investigadores secuenciaron todos los microARN en el tejido del parásito solo, la planta huésped sola y una combinación de dos. Al comparar los datos de secuenciación de estas tres fuentes, pudieron identificar microARN de dodder que habían ingresado al tejido de la planta. Luego midieron la cantidad de ARN mensajero de los genes que eran el objetivo de los microARN dodder y vieron que el nivel de ARN mensajero del huésped se reducía cuando los microARN dodder estaban presentes.

«Junto con ejemplos previos de intercambio de ARN pequeño entre hongos y plantas, nuestros resultados implican que esta regulación genética entre especies puede estar más extendida en otras interacciones planta-parásito», dijo Axtell. «Entonces, con este conocimiento, el sueño es que eventualmente podamos usar tecnología de edición de genes para editar los sitios diana de microARN en las plantas hospedadoras, evitando que los microARN se unan y silencien estos genes. La ingeniería de resistencia al parásito de esta manera podría reducir la impacto económico del parásito en las plantas de cultivo «.


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