Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Las plantas parásitas atacan los cultivos cuando se defienden de los microbios

Las plantas parásitas atacan los cultivos cuando se defienden de los microbios
Temperatura de la superficie de las hojas 3 horas después de la exposición al DMBQ. La temperatura de la superficie fue más baja en los mutantes card1-2 (imágenes de calor superior) que en las plantas de tipo silvestre (imágenes de calor inferior). Una temperatura más alta indica poros cerrados (estomas) en las hojas, una defensa típica que impide que los invasores entren en la planta. Crédito: RIKEN

Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de los Recursos Sostenibles (CSRS) en Japón han descubierto un vínculo entre las respuestas defensivas en las plantas y el hermoso pero devastador parásito de los cultivos, la bruja. 


por RIKEN


Publicado en Nature , el nuevo estudio muestra que tanto las plantas parasitarias como las no parasitarias pueden detectar y reaccionar a una clase de compuestos orgánicos llamados quinonas. Mientras que las plantas parásitas detectan quinonas en sus presas y las usan para invadir, las quinonas desencadenan respuestas defensivas en plantas no parásitas que pueden protegerlas de bacterias y otros microbios.

Todas las variedades del parásito de la bruja (género Striga) detectan la quinona DMBQ en otras plantas como el maíz, la caña de azúcar y el sorgo, y luego construyen órganos similares a apéndices que utilizan para invadir al huésped. Una vez que invaden, roban agua y nutrientes, lo que afecta el crecimiento y la producción de los cultivos. Las pérdidas mundiales anuales por parásitos Striga superan los mil millones de dólares. Ken Shirasu y su grupo en CSRS quieren encontrar formas de prevenir este tipo de pérdidas mediante el desarrollo de tratamientos efectivos o cultivos resistentes a Striga. Para hacer esto, necesitan comprender todos los eventos moleculares que ocurren en las plantas parásitas.en respuesta a las quinonas. Pero primero dice Shirasu, «Necesitábamos responder una pregunta más básica: ¿Qué están haciendo las quinonas en las plantas no parasitarias en primer lugar?» Sorprendentemente, nadie había probado nunca si las plantas no parasitarias responden a las quinonas. La respuesta es que sí.

Los investigadores encontraron que la planta de investigación de uso común Arabidopsis respondió a las quinonas produciendo una señal de calcio. Luego examinaron 50.000 plántulas mutagenizadas y encontraron 11 mutantes en los que esta respuesta estaba ausente. Esta es una técnica común utilizada para encontrar genes responsables de cadenas biológicas de eventos. En este caso, los 11 mutantes mostraron mutaciones en el mismo gen, que los investigadores denominaron CARD1 (CAnnot Respond to DMBQ).

A continuación, los investigadores preguntaron qué sucede después de que una planta no parasitaria detecta DMBQ. Un análisis genético mostró que la cadena biológica de eventos después de que las quinonas activan la proteína CARD1 involucran respuestas a heridas y estrés. Luego, el equipo probó la hipótesis de que la señalización de quinonas está relacionada con las respuestas inmunes. Descubrieron que, en comparación con las plantas silvestres, los mutantes card1 se infectaban más fácilmente con la bacteria Pseudomonas syringae, una bacteria común que afecta a Arabidopsis y muchas otras plantas, como los tomates. Una respuesta inmune típicaen las plantas es el cierre de los poros de las hojas para evitar que entren patógenos. Un análisis más profundo mostró que estos poros estomáticos no se cerraron en las plantas mutantes porque las plantas no podían responder a las quinonas. Esto probablemente condujo a una mayor susceptibilidad a la infección. Otra prueba mostró que el tratamiento previo de las plantas con DMBQ aumentaba la resistencia a la infección bacteriana a través de la vía de señalización CARD1.

Satisfecho de que la proteína CARD1 es esencial para las respuestas inmunitarias a las quinonas en plantas no parasitarias, el equipo se preguntó si la señalización de quinonas en plantas parasitarias estaba relacionada con un gen similar. Buscaron y encontraron proteínas similares a CARD1 en la planta parasitaria modelo Phtheirospermum japonicum, que se expresaban en las raíces y también estaban involucradas en el aumento de calcio inducido por DMBQ.

Comprender la señalización de quinonas vegetales debería proporcionar objetivos para combatir las plantas parásitas, así como descartar otros objetivos. Como explica Shirasu, «nuestra investigación actual muestra que si simplemente nos enfocamos en las quinonas, probablemente tendrá el efecto secundario no deseado de hacer que los cultivos sean más susceptibles a la infección bacteriana. Otro enfoque podría ser crear cultivos que no produzcan quinonas, pero que aún puedan iniciar las respuestas posteriores que brindan protección contra la infección microbiana, quizás con tratamiento «.

Uno de los siguientes pasos es averiguar cómo se desencadena exactamente la producción de quinonas en plantas no parasitarias y si la cadena de eventos puede iniciarse aguas abajo cuando faltan las quinonas.


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