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¿Insecto o virus? Como saben las plantas


La mayoría de las plantas tienen muchos enemigos, desde insectos y otras criaturas que pastan hasta diversas enfermedades, sequías y muchos otros factores estresantes.


por Steinar Brandslet, Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología


Al igual que con los humanos, las plantas responden a lesiones o enfermedades iniciando varias medidas de defensa. Pero una infección viral requiere una respuesta completamente diferente a la desecación, por supuesto.

Para saber más sobre su atacante, la célula se basa en señales mecánicas y químicas, de la misma manera que usamos nuestros sentidos para descubrir qué podríamos estar dispuestos a comer en un restaurante exótico. El olor y el sabor son señales químicas, la estructura de los alimentos es una señal mecánica.

Los humanos responden adecuadamente a lo que sus sentidos les dicen porque tienen estructuras dedicadas que permiten respuestas simples (reflejos) y más complejas (lucha o huida), ambas controladas por un centro unificador y coordinador (el cerebro).

Entonces, ¿cómo se defienden adecuadamente las plantas sin cerebro?

Investigación valiosa para cultivos alimentarios

Las respuestas a esta pregunta pueden ser especialmente importantes a medida que los científicos desarrollan nuevas variedades de cultivos alimentarios como el arroz y el maíz. La investigación tiene un gran valor potencial, tanto financieramente como para satisfacer las necesidades alimentarias de una población humana en constante crecimiento. El maíz representa alrededor del 40 por ciento del suministro mundial de granos. El arroz es la principal fuente de alimento para aproximadamente la mitad de la población mundial.

Un artículo de revisión publicado recientemente en Nature Plants proporciona algunas de las respuestas a esta pregunta.

¿Insecto o virus?  Como saben las plantas
Las paredes celulares son estructuras dinámicas que proporcionan soporte mecánico durante el crecimiento y el desarrollo y que ayudan a la planta a adaptarse al cambio ambiental. Crédito: Vaahtera et al., Nature Plants

Thorsten Hamann es profesor en el Departamento de Biología de NTNU y fue el autor principal de la publicación. Él y varios colegas están trabajando con una planta llamada berro thale ( Arabidopsis thaliana ). Esta pequeña planta con flores es ampliamente utilizada en la investigación como lo que se llama un organismo modelo.

Un organismo modelo como el berro de thale se usa en la investigación de plantas porque muchas de sus propiedades se consideran más o menos representativas de las plantas de cultivo de alimentos y bioenergía, como el arroz, la brasica, el álamo y el maíz. Pero el berro es mucho más rápido y más fácil para los investigadores.

Las paredes celulares no son solo material muerto

Hace décadas, los biólogos consideraban las paredes celulares externas de la planta como poco más que material muerto que sostenía el resto de las partes más importantes y emocionantes de la planta. Pero esa creencia ya no se sostiene.

«Las paredes celulares son estructuras dinámicas que brindan soporte mecánico durante el crecimiento y el desarrollo y que ayudan a la planta a adaptarse al cambio ambiental «, dice Hamann.

Las paredes celulares de una planta son mucho más fuertes que las delgadas estructuras que rodean las células humanas, que también pueden dar lugar a nuestra piel. Esto es necesario porque la presión dentro de las celdas de las plantas es aproximadamente equivalente a la presión en los neumáticos de nuestro automóvil. Las paredes celulares están formadas en gran parte por microfibras de celulosa, un material fuerte que puede manejar esta presión.

«Las paredes de la planta aseguran que las células no exploten», señala Hamann.

Pero las habilidades de las paredes celulares van mucho más allá de la prevención de explosiones.

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El arroz es la principal fuente de alimento para aproximadamente la mitad de la población mundial. Crédito: Shutterstock, NTB Scanpix

La membrana plasmática

Si las paredes celulares van a responder a los cambios ambientales de manera adaptativa, debe existir un mecanismo que les permita hacerlo. Este mecanismo debe controlar el estado de la pared celular e iniciar cambios en el metabolismo celular para permitir que se adapte.

Este mecanismo se ha descrito previamente en células de levadura, los organismos unicelulares que se pueden usar para hacer cerveza, pan o vino. Esto sugiere que el mecanismo de la planta se deriva de un proceso antiguo que regulaba las interacciones entre organismos unicelulares y su entorno hace mucho tiempo.

El laboratorio del profesor Hamann ha estado investigando cómo actúan los mecanismos de las plantas y ha demostrado cómo estos mecanismos ayudan con la defensa y el desarrollo de las plantas.

Actualmente, el becario postdoctoral Lauri Vaahtera y Ph.D. La candidata Julia Schulz está trabajando para comprender los principios que regulan el mecanismo y alteran la composición química de las plantas.

«La parte externa de la pared celular es rígida, pero entre la pared celular y el resto de la célula hay una membrana plasmática que responde a los cambios en las paredes celulares. Gran parte de la actividad de defensa se coordina en esta área de transición, llamada el apoplasto, entre la pared celular exterior y el resto de la célula «, dice Hamann.

Las moléculas de proteínas cortas llamadas péptidos son fundamentales para el proceso, ya que pueden funcionar como agentes de señalización. Estos agentes de señalización se unen a diferentes receptores para desencadenar respuestas de defensa específicas según el tipo de estrés.

¿Insecto o virus?  Como saben las plantas
Las células vegetales pueden integrar diferentes entradas y activar respuestas diferenciales usando mecanismos complejos y entrelazados, donde las señales mecánicas causadas por estresores mecánicos como langostas y señales químicas como PAMP y péptidos se combinan para ajustar las respuestas. Crédito: Vaahtera et al., Nature Plants

Regulación de respuestas a través de cambios en la acidez.

«Una forma en que las plantas inducen medidas de defensa específicas es cambiando la acidez (pH) en el apoplasto cuando se exponen al estrés», dice Hamann.

Tomemos, por ejemplo, una planta que está expuesta a un estresante mecánico, como una langosta que mastica una hoja.

La langosta masticatoria daña la pared celular y provoca una pérdida de presión en la contención. Esto desencadena una reacción que requiere el receptor localizado de la membrana plasmática THESEUS1 o THE1 para abreviar. La reacción a su vez activa medidas de defensa diseñadas para evitar una mayor pérdida de presión al iniciar reparaciones.

Las medidas de defensa también involucran a otros receptores y están reguladas por péptidos RALF. Uno de ellos (RALF34) se une a THE1, de manera dependiente del pH. Por ejemplo, a pH 7,8, el péptido se une muy fuerte al receptor localizado en la membrana plasmática, mientras que a un pH más ácido de 6,5, la unión no es detectable.

Los investigadores dicen que es importante tener en cuenta que el pH no está regulado solo por estresores mecánicos, sino también por otros agentes de señalización, como algo llamado PAMP, que se deriva de bacterias y hongos patógenos. Por lo tanto, los cambios en el pH pueden ser causados ​​por varias entradas y, por lo tanto, pueden integrar estas diferentes entradas para activar respuestas adecuadas para masticar langostas o bacterias.

Esto significa que el pH funciona casi como un interruptor de encendido / apagado, aunque los investigadores de NTNU piensan que en realidad puede funcionar como un interruptor más tenue, donde el grado de acidez y, por lo tanto, la respuesta, se pueden regular de manera gradual.

Complejos mecanismos entrelazados

En otras palabras, las células vegetales pueden integrar diferentes entradas y activar respuestas diferenciales utilizando mecanismos complejos y entrelazados, donde las señales mecánicas causadas por estresores mecánicos como langostas y señales químicas como PAMP y péptidos se combinan para ajustar las respuestas.

Lo más notable es que no hay una entidad central, como un cerebro, que impulse la respuesta. En cambio, cada célula vegetal es teóricamente capaz de responder a las diferentes entradas. Es casi como si toda la planta constara de una multitud de unidades informáticas del tamaño de una sola celda.


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