El ácido salicílico es vital para la defensa de las plantas contra los patógenos, pero su síntesis aún no está clara.
Un equipo de investigadores de la Universidad Shinshu descubrió que la proteína HSR201 es clave para su producción. Descubrieron que HSR201 se localiza en orgánulos específicos llamados peroxisomas a través de una señal de dirección única.
El descubrimiento mejora la comprensión de cómo las plantas producen ácido salicílico y podría allanar el camino para el desarrollo de cultivos modificados genéticamente con mayor resistencia a las enfermedades.
Las hormonas vegetales, o fitohormonas, son vitales para el crecimiento, la adaptación y la protección de las plantas. Una de las hormonas clave, el ácido salicílico, es fundamental para la inmunidad de las plantas y se produce a través de dos vías principales: la vía de la isocorismato sintasa (ICS) y la vía de la fenilalanina amoníaco liasa (PAL).
Muchas hormonas vegetales se producen mediante un proceso llamado β-oxidación en los peroxisomas, incluida la vía que produce ácido salicílico. Aunque la vía PAL también implica β-oxidación, su mecanismo preciso aún no está claro.
Recientemente, los investigadores identificaron la proteína HSR201 de alcohol bencílico O-benzoiltransferasa, que promueve la producción de ácido salicílico en el tabaco y puede desempeñar un papel clave en la vía PAL. Para explorar más a fondo esta cuestión, un equipo dirigido por el Dr. Shinpei Katou, profesor asociado de la Escuela de Graduados en Ciencia y Tecnología de la Universidad Shinshu, junto con los profesores asociados Dr. Yukako Tokutake y Dr. Akira Hosomi, y los profesores Katsuharu Saito y Shinichi Yonekura, todos de la Universidad Shinshu, estudió cómo HSR201 se localiza en células vegetales. El trabajo fue publicado en la revista Plant And Cell Physiology.
Descubrieron que HSR201 está ubicado en peroxisomas, pequeños compartimentos celulares responsables de los procesos metabólicos, y que su localización está mediada por una señal de dirección única necesaria para la producción de ácido salicílico.
El equipo rastreó la ubicación de HSR201 en células vegetales marcándolo con el marcador fluorescente amarillo mVenus y comparándolo con el marcador fluorescente rojo para peroxisomas (mCherry-PTS1). «Por primera vez, descubrimos que HSR201 está predominantemente localizado en el peroxisoma, y este hallazgo fue bastante inesperado», comparte el Dr. Katow.
El equipo capturó sorprendentes imágenes fluorescentes en las que el HSR201 etiquetado con mVenus brilla en amarillo a medida que se acumula específicamente en los peroxisomas, resaltado en rojo, lo que llevó a una investigación sobre el mecanismo subyacente a esta localización precisa.
Para comprender cómo se localiza HSR201 en los peroxisomas, los investigadores crearon una serie de mutantes de HSR201 con cambios menores en su secuencia de aminoácidos. Descubrieron que solo ciertas secuencias presentes en la estructura de la proteína HSR201 le permitían ingresar a los peroxisomas, identificando así una señal de direccionamiento única conocida como señal de direccionamiento de peroxisoma (PTS) en el extremo de la proteína, o extremo C, que era clave. a este proceso.
“A diferencia de las señales típicas de orientación peroxisomal, el HSR201 PTS es único y no se ajusta a la secuencia de consenso habitual. Este fue un descubrimiento sorprendente y demostró que HSR201 utiliza una vía especializada para llegar al peroxisoma”, explica el Dr. Katow.
Realizaron más experimentos que demostraron que una molécula llamada PEX5 dirige HSR201 a los peroxisomas reconociendo su señal PTS única. Esto confirmó que HSR201 utiliza la vía PTS1 en lugar de la vía alternativa PTS2, las cuales están involucradas en la localización de proteínas en los peroxisomas. Para confirmar el papel de HSR201 en la producción de ácido salicílico, los investigadores introdujeron versiones normales y mutadas de la proteína HSR201 en plantas de tabaco.
«Nuestro principal hallazgo fue que sólo el HSR201 de tipo salvaje, que estaba dirigido a los peroxisomas, aumentaba los niveles de ácido salicílico cuando las plantas estaban expuestas a patógenos», dice el Dr. Katow. «Esto demostró que para que las plantas se defiendan eficazmente, el HSR201 debe estar ubicado en los peroxisomas».
El equipo descubrió que el exclusivo PTS HSR201 funciona en levaduras pero no en células humanas, lo que revela diferencias específicas de cada especie en el transporte de proteínas. Estos resultados resaltaron el papel potencial de esta proteína en el desarrollo de cultivos resistentes a enfermedades al centrarse en la vía del ácido salicílico.
Este estudio arroja luz sobre cómo la vía HSR201 y la focalización peroxisomal promueven la producción de ácido salicílico en las plantas. Los resultados abren nuevas oportunidades para desarrollar cultivos resistentes a enfermedades, apoyando la seguridad alimentaria y la agricultura sostenible en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas.
El Dr. Katow reflexiona sobre las direcciones futuras y afirma: “Descubrimos que la vía PTS1 única y no canónica es fundamental para la localización adecuada de HSR201 en los peroxisomas, que es vital para la biosíntesis del ácido salicílico. Sin embargo, el papel exacto de esta vía en comparación con la vía PTS1 típica (canónica) aún no está claro. Nuestro objetivo es mejorar nuestra comprensión de este proceso, lo que puede ayudar a desarrollar nuevas estrategias que potencialmente mejoren la resiliencia y la longevidad de los cultivos».
Fuente: Universidad Shinshu
