La bioingeniería de receptores inmunes de plantas ha surgido como una estrategia prometedora para diseñar nuevos rasgos de resistencia a enfermedades para contrarrestar la creciente amenaza de los patógenos de plantas a la seguridad alimentaria mundial. Sin embargo, los enfoques actuales están limitados por la rápida evolución de los patógenos vegetales en el campo y pueden no ser lo suficientemente duraderos cuando se implementan. En un nuevo estudio, los científicos muestran cómo el receptor inmunológico Pik-1 de repetición rica en leucina (NLR) de unión a nucleótidos de arroz puede diseñarse para responder a una familia conservada de efectores del patógeno fúngico objetivo multihuésped Magnaporthe oryzae.
El añublo del arroz sigue siendo una de las enfermedades más difíciles de tratar que amenazan la seguridad alimentaria mundial. Esta enfermedad es causada por el hongo filamentoso Magnaporthe oryzae y es directamente responsable de la pérdida de más del 30% de la producción de arroz anualmente. Este patógeno también puede causar añublo en otros cultivos de cereales, incluidos el trigo y la cebada.
Ahora, al modificar el receptor inmunológico intracelular (NLR) de una planta, los investigadores han desarrollado una nueva estrategia potencial para la resistencia al añublo del arroz, una de las enfermedades más importantes que amenaza la seguridad alimentaria mundial. El equipo conjunto del Reino Unido y Japón publicó su investigación en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. Esto tiene implicaciones para los enfoques futuros de protección de cultivos y, en última instancia, para la estabilidad del suministro mundial de alimentos.
La investigación fue dirigida por el Departamento de Bioquímica y Metabolismo del Centro John Innes con socios del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de East Anglia y el Departamento de Genómica y Mejoramiento del Centro de Investigación de Biotecnología de Iwate, Japón. Para una parte crítica del estudio, los investigadores trabajaron con el sincrotrón nacional del Reino Unido, Diamond Light Source.
Los enfoques actuales para desplegar una resistencia sólida a las enfermedades en el campo están limitados por la velocidad a la que pueden identificarse en la naturaleza y la evolución de los patógenos de las plantas, como el hongo del añublo, que logran evadir estas nuevas resistencias. La bioingeniería de receptores inmunes de plantas como los NLR ha surgido como una nueva vía para diseñar nuevos rasgos de resistencia a enfermedades para contrarrestar la creciente amenaza de los patógenos de plantas a la seguridad alimentaria mundial, que potencialmente pueden diseñarse según la demanda.
Rafal Zdrzalek, autor principal, explica: “Los patógenos secretan proteínas llamadas “efectores” en las células huésped para manipular el metabolismo de las plantas y promover la infección. Las plantas pueden reconocer estos efectores utilizando receptores inmunes llamados NLR. Sin embargo, no siempre es fácil identificar el receptor que reconoce naturalmente cualquier efector determinado, e incluso si dicho receptor existe, los efectores patógenos pueden mutar y evolucionar para evitar este reconocimiento. Se están estudiando las interacciones entre los efectores de patógenos y los receptores de las plantas para comprender el modus operandi de cada patógeno y también permitirnos interactuar con los receptores naturales de las plantas y alterar su especificidad de reconocimiento”.
En su publicación, los investigadores se centraron en diseñar el receptor inmunológico NLR del arroz para que se una de manera confiable a una familia más amplia y conservada de efectores del hongo patógeno del añublo.
Mark Banfield, autor correspondiente, añade: “Al reconocer una familia conservada de efectores, este receptor inmunitario diseñado establece una prueba de principio para la futura entrega de una resistencia robusta y duradera a las plagas en la producción de cultivos. Puede resultar más difícil que un patógeno evolucione para evadir el reconocimiento. El concepto de ingeniería de receptores inmunes huésped-objetivo también puede aplicarse a otras enfermedades de las plantas que dependen de la entrega de efectores a las células huésped para sus propiedades patógenas”.
Al reemplazar el dominio asociado a metales pesados (HMA) en el NLR Pikm-1 de arroz con un dominio de la proteína de arroz OsHIPP43 (un objetivo natural del efector Pwl2), los investigadores alteraron con éxito el perfil de respuesta del receptor para que reconozca y responde a Pwl2 y a la familia más amplia de efectores Pwl.
Los investigadores recopilaron datos de difracción de rayos X de la línea de luz I04 en la Fuente de Luz de Diamante Sincrotrón Nacional del Reino Unido para estudiar los detalles de la interacción entre las dos proteínas. La estructura cristalina del complejo revela una extensa interfaz entre Pwl2 y OsHIPP43.
Curiosamente, los investigadores realizaron ensayos para demostrar que la nueva proteína quimérica puede reconocer diferentes efectores de Pwl en la planta.
Para explorar los límites de la proteína quimérica, generaron una serie de mutaciones específicas en Pwl2 basadas en la estructura cristalina y realizaron un nuevo ensayo para detectar especificidades de reconocimiento alteradas. En muchos casos, la proteína pudo reconocer el efector, lo que demuestra la fiabilidad del sistema.
Los resultados del estudio demuestran el potencial de la ingeniería NLR basada en el huésped objetivo para desarrollar nuevos rasgos de resistencia que podrían ser menos susceptibles de ser superados por la evolución del patógeno. Esta investigación podría tener implicaciones de gran alcance para el futuro de la protección de cultivos y la estabilidad del suministro mundial de alimentos.
Fuente: Fuente de luz de diamante
