Agricultura Botánica y Genética Resto del Mundo

El secreto detrás de la habilidad devastadora de la bruja para robar nutrientes de los cultivos


Comúnmente conocida como «bruja», la planta parásita Striga hermonthica arrasa los cultivos en el África subsahariana. Los científicos han descubierto una proteína única en Striga que ayuda a mantener su alta transpiración. 


Universidad de Kobe.

Striga usa la transpiración para robar de manera efectiva el agua y los nutrientes de sus anfitriones, por lo que esta proteína podría proporcionar un nuevo objetivo para controlar Striga. Los hallazgos fueron publicados el 25 de febrero en Nature Plants .

Striga hermonthica es una maleza parasitaria que se encuentra principalmente en el continente africano al sur del desierto del Sahara. Saca las raíces de los principales cultivos de cereales como el sorgo, el mijo, el maíz dulce y el arroz, absorbiendo el agua y los nutrientes de sus anfitriones. Los daños a la agricultura en África causados ​​por Striga se estiman en aproximadamente nueve mil millones de dólares al año (Figura 1).

En la transpiración, el agua se transporta a través de las plantas y se evapora de sus hojas a través de los estomas (respirando poros). En condiciones de sequía, las plantas generalmente limitan la transpiración para regular la pérdida de agua, pero Striga mantiene sus altos niveles de transpiración. Esto significa que en regiones áridas, Striga puede robar agua y nutrientes de manera más efectiva de sus anfitriones (Figura 2). Sin embargo, el mecanismo por el cual Striga mantiene sus estomas abiertos no ha sido aclarado.

Cuando las plantas están sometidas a estrés por sequía, sintetizan una hormona vegetal llamada ácido abscísico (ABA). Esta pequeña molécula provoca el cierre de los estomas para suprimir la transpiración. Las hojas de Striga contienen una gran cantidad de ABA, y el tratamiento con ABA exógeno no redujo la transpiración. El equipo concluyó que la causa de los altos niveles de transpiración de Striga es una deficiencia en la sensibilidad ABA.

El secreto detrás de la habilidad devastadora de la bruja para robar nutrientes de los cultivos.
Un modelo en el que Striga roba nutrientes y agua de otras plantas. Crédito: Universidad de Kobe

El ABA en las plantas aumenta rápidamente en respuesta al estrés por sequía y se une a un receptor conocido como PYL. El complejo receptor de PYL unido a ABA se une e inhibe las fosfatasas de proteína del grupo A tipo 2-C (PP2C), que son reguladores negativos para la señalización de ABA. En consecuencia, la inhibición de PP2Cs permite que las células de guarda cierren los estomas (Figura 3). El grupo de investigación aisló genes relevantes en Striga y analizó sus funciones. Identificaron el gen ShPP2C1 y su proteína bloqueó la señalización de ABA de forma constitutiva, ya que el ShPP2C1 no está controlado por los receptores PYL (Figura 3). ShPP2C1 tiene distintas mutaciones de aminoácidos que no se ven en otras plantas. Cuando el equipo editó cinco secuencias de aminoácidos en la planta modelo Arabidopsis para parecerse a ShPP2C1 (representada como mutación AtABI15), la respuesta de Arabidopsis a ABA disminuyó,

El profesor Yukihiro Sugimoto (Escuela Superior de Ciencias Agrícolas de la Universidad de Kobe) y el Profesor Masanori Okamoto (Centro Universitario de Utsunomiya para la Investigación y Educación de Biociencias) organizaron esta investigación conjunta, que fue apoyada por la Alianza de Investigación de Ciencia y Tecnología para el Programa de Desarrollo Sostenible (SATREPS).

El profesor Sugimoto y el profesor asistente Okamoto comentan: «Nuestros resultados muestran que las mutaciones de aminoácidos modificaron las propiedades de los genes PP2C en Striga, disminuyendo su sensibilidad a ABA y permitiéndole mantener altas tasas de transpiración incluso en condiciones de sequía . Las plantas terrestres adquirieron la señalización ABA para «Para sobrevivir en un entorno con condiciones cambiantes de agua. Striga probablemente perdió estas funciones y adquirió sus propios métodos de adquisición de nutrientes en el proceso de adaptación a su estilo de vida parasitario».

El secreto detrás de la habilidad devastadora de la bruja para robar nutrientes de los cultivos.
(izquierda): Diagrama del receptor ABA PYL y funciones PP2C.Figura 4 (derecha): el impacto de ShPP2C1 y el gen alterado (mutación AtABI1 5) en la transpiración de Arabidopsis . Crédito: Universidad de Kobe

Los hallazgos sugieren que el ShPP2C1 desempeña un papel importante en la adquisición de nutrientes y agua de Striga, y al apuntarlo nuevos métodos de control de Striga pueden ser posibles. «Si podemos inhibir las funciones de ShPP2C1, esto recuperará la respuesta ABA de Striga y limitará su capacidad para robar agua y nutrientes», dice el profesor Sugimoto. «En el futuro, a través de un análisis más detallado de la estructura de la proteína ShPP2C1, esperamos desarrollar medicamentos que puedan limitar las funciones de ShPP2C1».

Más información: La proteína fosfatasa 2C aberrante provoca insensibilidad al ácido abscísico y alta transpiración en Striga parásita, Nature Plants (2019). DOI: 10.1038 / s41477-019-0362-7 , https://www.nature.com/articles/s41477-019-0362-7 

Referencia del diario: Plantas naturales.  

Proporcionado por: Universidad de Kobe


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