Dos estudios publicados en la revista Science por investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento en Colonia, Alemania, en colaboración con colegas en China, han descubierto moléculas celulares naturales que impulsan respuestas inmunes críticas de las plantas.
por la Sociedad Max Planck
Estos compuestos tienen todas las características de ser pequeños mensajeros diseñados por plantas para activar centros clave de control de defensa. Aprovechar estos conocimientos puede permitir a los científicos y fitomejoradores diseñar moléculas que hagan que las plantas, incluidas muchas especies de cultivos importantes, sean más resistentes a las enfermedades.
La producción mundial de alimentos debe duplicarse para el año 2050 con el fin de alimentar a los 2 mil millones de personas adicionales que se prevé que vivirán en la Tierra para entonces. Impulsar la producción de alimentos requiere aumentos en los rendimientos de muchos de nuestros cultivos básicos. Para hacerlo, se deben implementar estrategias para garantizar que podamos hacer que las plantas sean más resistentes a los agentes infecciosos microscópicos, al mismo tiempo que garantizamos que la producción de alimentos sea segura para el medio ambiente. Lograr esto, a su vez, requiere una comprensión detallada del sistema inmunitario de las plantas: las defensas que montan las plantas cuando se enfrentan a microorganismos invasores.
Ahora, en dos estudios, científicos dirigidos por Jijie Chai y Jane Parker del Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento en Colonia y la Universidad de Colonia, Alemania, en colaboración con el grupo de Junbiao Chang en la Universidad de Zhengzhou en Zhengzhou y Zhifu Han y colegas en Tsinghua Universidad de Beijing, China, identificaron dos clases de moléculas y determinaron sus modos de acción en la mediación de las respuestas inmunes dentro de las células vegetales . Sus hallazgos allanan el camino para el diseño de pequeñas moléculas bioactivas que podrían permitir a los investigadores y cultivadores de plantas manipular y, por lo tanto, aumentar la resistencia de las plantas contra los microbios dañinos.
A nivel molecular , una de las principales estrategias inmunitarias empleadas por las plantas involucra proteínas llamadas receptores repetidos ricos en leucina que se unen a nucleótidos, o NLR, por sus siglas en inglés. Los NLR son activados por microorganismos invasores y ponen en marcha respuestas inmunitarias protectoras. Estas respuestas inmunitarias culminan en la llamada respuesta hipersensible, que implica la restricción del crecimiento de patógenos y, a menudo, la muerte estrictamente delimitada de las células en el sitio de la infección, similar a la amputación de un dedo del pie para asegurar la supervivencia del cuerpo.
Se ha demostrado que una clase de proteínas NLR, aquellas con los llamados dominios del receptor toll/interleukin-1 (TIR), que se denominan TIR-NLR (o TNL), transmiten señales a la proteína inmunitaria corriente abajo Susceptibilidad mejorada a la enfermedad 1 (EDS1). ). Las proteínas más pequeñas que contienen TIR también envían señales a EDS1 para potenciar la resistencia a 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 comprometerse con la muerte celular. Trabajos anteriores mostraron que los receptores TNL y las proteínas TIR son en realidad enzimas inducidas por patógenos. La evidencia sugirió que estas enzimas TIR producen un pequeño mensajero o mensajeros que envían señales a EDS1 dentro de las células. Sin embargo, las identidades de las moléculas precisas generadas por TNL o TIR que estimulan las diferentes respuestas inmunitarias siguen siendo difíciles de alcanzar.
Parker y sus colegas establecieron que los dos módulos EDS1 funcionales que conducen a la inmunidad o la muerte celular pueden activarse mediante enzimas TNL activadas por patógenos dentro de las células vegetales. Para identificar las pequeñas moléculas producidas por TNL o TIR y que actúan sobre EDS1, el grupo Chai reconstituyó componentes clave de la vía de señalización en células de insecto, un sistema que permite la producción y purificación de grandes cantidades de moléculas que luego pueden aislarse y caracterizarse. Usando este enfoque, los autores descubrieron dos clases diferentes de moléculas de nucleótidos modificadas producidas por TNL y TIR. Estos compuestos se unieron preferentemente a diferentes subcomplejos de EDS1 y los activaron. Por lo tanto, los autores demuestran que diferentes subcomplejos de EDS1 reconocen moléculas particulares producidas por TIR, que funcionan como sustancias químicas portadoras de información.
Los receptores inmunes TIR y las proteínas centrales EDS1 existen en muchas especies de cultivos importantes, como el arroz y el trigo, y Jijie Chai señala que «las moléculas pequeñas catalizadas por TIR identificadas podrían emplearse como inmunoestimulantes generales y naturales para controlar las enfermedades de los cultivos». Jane Parker comenta además que «conocer los modos de acción bioquímicos de estas pequeñas moléculas abre un capítulo completamente nuevo sobre la señalización de la inmunidad de las plantas y el manejo de enfermedades».
Más información: Shijia Huang et al, Identificación y mecanismo receptor de moléculas pequeñas catalizadas por TIR en inmunidad vegetal,
Science (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abq3297
Aolin Jia et al, Las reacciones de ribosilación de ADP catalizadas por TIR producen moléculas de señalización para la inmunidad de las plantas, Science (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abq8180
