Las plantas reprograman sus células para luchar contra los invasores. Así es cómo


En tiempos de guerra, las fábricas se remodelan para satisfacer las necesidades de la batalla. Las líneas de montaje cambian de rumbo y pasan de fabricar piezas de automóviles a ametralladoras, o de fabricar lavadoras a motores de aviones.


por Robin A. Smith, Universidad de Duke


Para escuchar al profesor de la Universidad de Duke, Xinnian Dong, las plantas también pueden pasar de la producción en tiempos de paz a la de tiempos de guerra.

Los cultivos y otras plantas a menudo están bajo el ataque de bacterias, virus y otros patógenos. Cuando una planta detecta una invasión microbiana, hace cambios radicales en la sopa química de las proteínas, las moléculas de la vida, dentro de sus células .

En los últimos años, Dong y su equipo han estado reconstruyendo cómo lo hacen. En un nuevo estudio publicado en la revista Cell , Dong y el primer autor Jinlong Wang revelan los componentes clave en las células vegetales que reprograman su maquinaria de producción de proteínas para combatir enfermedades.

Cada año, alrededor del 15 % del rendimiento de los cultivos se pierde debido a enfermedades bacterianas y fúngicas, lo que le cuesta a la economía mundial unos 220 000 millones de dólares. Las plantas dependen de su sistema inmunológico para ayudarlas a defenderse, dijo Dong.

A diferencia de los animales, las plantas no tienen células inmunitarias especializadas que puedan viajar a través del torrente sanguíneo hasta el lugar de la infección; cada célula de la planta tiene que ser capaz de ponerse de pie y luchar para defenderse, cambiando rápidamente al modo de batalla.

Cuando las plantas son atacadas, cambian sus prioridades del crecimiento a la defensa, por lo que las células comienzan a sintetizar nuevas proteínas y suprimen la producción de otras. Luego, «dentro de dos o tres horas, las cosas vuelven a la normalidad», dijo Dong.

Las decenas de miles de proteínas producidas en las células realizan muchos trabajos: catalizar reacciones, servir como mensajeros químicos, reconocer sustancias extrañas, mover materiales hacia adentro y hacia afuera. Para construir una proteína específica, las instrucciones genéticas en el ADN empaquetado dentro del núcleo de la célula se transcriben en una molécula mensajera llamada ARNm. Esta cadena de ARNm luego se dirige hacia el citoplasma, donde una estructura llamada ribosoma «lee» el mensaje y lo traduce en una proteína.

En un estudio de 2017 , Dong y su equipo descubrieron que cuando una planta se infecta, ciertas moléculas de ARNm se traducen en proteínas más rápido que otras. Lo que estas moléculas de ARNm tienen en común, descubrieron los investigadores, es una región en el extremo frontal de la cadena de ARN con letras recurrentes en su código genético, donde las bases de nucleótidos adenina y guanina se repiten una y otra vez.

En el nuevo estudio, Dong, Wang y sus colegas muestran cómo esta región funciona con otras estructuras dentro de la célula para activar la producción de proteínas «en tiempos de guerra».

Demostraron que cuando las plantas detectan un ataque de patógenos, se eliminan las señales moleculares que señalan el punto de partida habitual para que los ribosomas aterricen y lean el ARNm, lo que impide que la célula produzca sus típicas proteínas de «tiempo de paz».

En cambio, los ribosomas eluden el punto de partida habitual para la traducción, utilizando la región de A y G recurrentes dentro de la molécula de ARN para acoplarse y comenzar a leer desde allí.

«Básicamente toman un atajo», dijo Dong.

Para las plantas, combatir las infecciones es un acto de equilibrio, dijo Dong. Asignar más recursos a la defensa significa que hay menos disponibles para la fotosíntesis y otras actividades en el negocio de la vida. Producir demasiadas proteínas de defensa puede crear daños colaterales : las plantas con un sistema inmunitario hiperactivo sufren un retraso en el crecimiento.

Al comprender cómo las plantas logran este equilibrio, dijo Dong, los científicos esperan encontrar nuevas formas de diseñar cultivos resistentes a las enfermedades sin comprometer el rendimiento.

El equipo de Dong hizo la mayor parte de sus experimentos en una planta parecida a la mostaza llamada Arabidopsis thaliana. Pero se han encontrado secuencias de ARNm similares en otros organismos, incluidas moscas de la fruta , ratones y humanos, por lo que pueden desempeñar un papel más amplio en el control de la síntesis de proteínas en plantas y animales por igual, dijo Dong.


Más información: Jinlong Wang et al, PABP/motivo rico en purina como módulo de iniciación para la traducción independiente de cap en la inmunidad desencadenada por patrones, 

Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.06.037



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