Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Investigadores revelan herramientas de defensa de plantas y conocimientos para combatir enfermedades de cultivos


A una escala sin precedentes, los investigadores ahora han catalogado la variedad de herramientas de vigilancia que las plantas usan para detectar microbios que causan enfermedades en toda una especie.


por Max Planck Society


Los hallazgos, que representan un avance importante para la biología vegetal, tienen implicaciones importantes para el manejo de enfermedades peligrosas en los cultivos que representan amenazas significativas para la seguridad alimentaria.

Al igual que los animales, las plantas dependen del sistema inmunitario para ayudarles a responder al ataque de microbios patógenos como las bacterias y los hongos. Una capa crucial del sistema inmune está formada por proteínas llamadas receptores de repetición ricos en leucina (NLR) que se unen a nucleótidos, que trabajan juntos en combinaciones para detectar la variedad siempre cambiante de microbios en el medio ambiente.

A pesar del progreso en la comprensión de cómo funcionan juntos estos receptores, quedaban preguntas clave; ¿Cuál es el espectro completo de NLR producidos por las plantas? ¿Cuánta variación en NLR hay en una especie de planta típica? ¿Qué rango se necesita para que las plantas se protejan?

Un equipo internacional apoyado por la Fundación 2Blades a través de una subvención de la Fundación Gordon y Betty Moore se propuso reconstruir el repertorio NLR en el equivalente vegetal de la rata de laboratorio, una especie de la familia de la mostaza llamada Arabidopsis. El esfuerzo se llevó a cabo en los laboratorios de Detlef Weigel, en el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania, Jeffery Dangl, del Instituto Médico Howard Hughes y la Universidad de Carolina del Norte, y Jonathan Jones en el Laboratorio Sainsbury en el Reino Unido. . Investigadores de la Universidad de Bath, la Universidad Estatal de Colorado y el Centro de Investigación en Genómica Agrícola (Barcelona) también contribuyeron al estudio, que se publica hoy en la revista Cell .

El equipo tomó muestras de plantas de Arabidopsis, que son atacadas por patógenos de todas las franjas, de poblaciones de Europa, América del Norte y Asia. Utilizando tecnologías de secuenciación de vanguardia, analizaron la diversidad genética de los NLR de las plantas. Encontraron, como se anticipó, que los repertorios de NLR en plantas diferían entre ubicaciones, probablemente debido a las diferentes presiones evolutivas de los patógenos regionales. Pero el equipo se sorprendió al encontrar un límite superior en el número de genes NLR en todas las especies.

Como Weigel describió los hallazgos, «Si bien la diversidad es quizás más limitada de lo anticipado, es la mezcla de genes lo que hace que cada individuo sea excepcionalmente resistente a un espectro diferente de patógenos».

El estudio también cambiará la forma en que los investigadores abordan el tema en el futuro, dice Jones.

«Una de las conclusiones notables que surgen de este estudio es que muchas poblaciones necesitan ser secuenciadas para definir el repertorio completo del sistema inmune de cualquier planta», dijo. «Atrás quedaron los días en que una sola secuencia de referencia es suficiente para revelar los secretos de una especie; ahora está claro que necesitamos comprender la diversidad genética de una especie para comprender su sistema inmunológico».

La investigación tiene implicaciones importantes para nuestra comprensión de la agricultura y la evolución de las plantas. «Este trabajo ayudará a impulsar el nuevo descubrimiento de la función del receptor NLR para desarrollar cultivos resistentes a las enfermedades y también guiará el análisis de su evolución en todo el reino vegetal», dijo Dangl.

La coordinación y el apoyo para el estudio fueron proporcionados por la Fundación 2Blades, una organización internacional dedicada a comprender las enfermedades de las plantas y a promover la resistencia duradera a las enfermedades de los cultivos. A través de sus programas, 2Blades ya ha demostrado en ensayos de campo que la protección contra enfermedades graves no controladas se puede ampliar en los cultivos mediante la introducción de genes de resistencia de especies vegetales relacionadas. El conocimiento fundamental de los NLR del estudio informará aún más las estrategias en sus programas en curso, así como el campo de las interacciones planta-microbio en general. Este estudio fue financiado en parte por la Fundación Gordon y Betty Moore a través de Grant GBMF4725 a la Fundación 2Blades.


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