Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Los experimentos iluminan el componente clave del sistema inmunitario de las plantas


Las plantas, como los humanos y los animales, han desarrollado durante millones de años sistemas inmunes complejos que evitan los patógenos invasores. Pero a diferencia de muchos animales, las plantas carecen de inmunidad adaptativa conferida por los anticuerpos. Esto significa que cada célula de la planta debe defenderse de todos los patógenos potenciales, una tarea desalentadora.


por la Universidad Estatal de Colorado


Escondiéndose dentro de cada célula vegetal , los complejos de proteínas codificados por genes de resistencia a enfermedades son como ejércitos dormidos, despertando y activando defensas cuando se detectan patógenos nocivos como hongos o bacterias. Dichos genes codifican los rasgos utilizados por los biotecnólogos agrícolas para generar cultivos resistentes a las enfermedades, y los biólogos de plantas se esfuerzan por iluminar cada aspecto de su funcionamiento, gran parte del cual permanece oculto en el misterio.

En una nueva investigación publicada en la revista Science , un equipo de biólogos, incluido el profesor asistente de biología de la Universidad Estatal de Colorado, Marc Nishimura, arrojó nueva luz sobre un aspecto crucial de la respuesta inmune de las plantas. Su descubrimiento, que revela cómo las proteínas de resistencia de plantas desencadenan la muerte celular localizada, podría conducir a nuevas estrategias para diseñar resistencia a enfermedades en cultivos de próxima generación.

El equipo de investigación fue dirigido por Nishimura, Jeff Dangl de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill y Jeffrey Milbrandt de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington. Nishimura comenzó el trabajo como investigadora científica en el laboratorio de Erin Osborne Nishimura, profesora asistente de CSU en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular.

Junto con sus colegas, Nishimura identificó el mecanismo de un dominio poco conocido de las proteínas de resistencia de las plantas llamado «receptor de interleucina-1 de peaje» o dominio TIR. El equipo demostró que durante la respuesta inmune de la planta, el dominio TIR es una enzima que degrada una molécula llamada NAD +, que es esencial para el metabolismo en todos los organismos. Al escindir NAD +, la planta autodestruye las células infectadas mientras deja a otras ilesas.

Los científicos habían supuesto previamente que los dominios TIR de las plantas podrían actuar como andamios físicos, construyendo una estructura que se adhiere a la membrana plasmática de la célula y reclutando otras proteínas en el área para comenzar una respuesta inmune. Así es como funcionan estos dominios en las células animales, incluso en los humanos.

Pero en 2017, los colaboradores de Nishimura en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington observaron un dominio TIR animal inusual, que se encuentra en una proteína llamada SARM1, que no funciona como otros andamios de señalización TIR en células animales. Más bien, funciona como una enzima. Nishimura y sus colegas se propusieron investigar si este dominio podría tener una función similar en la inmunidad de las plantas.

El nuevo trabajo de Nishimura y sus colegas en Science muestra que el papel de los dominios TIR en la respuesta inmune de la planta está de hecho funcionalmente relacionado con el papel del dominio TIR animal más inusual en SARM1. Descubrieron que el dominio TIR de la planta es en sí mismo una enzima que escinde NAD +, en lugar de actuar como un andamiaje estructural que recluta otros componentes. Pero había una diferencia importante. Mientras que el dominio TIR animal en SARM1 mata las células al agotar los niveles de NAD +, los dominios TIR de las plantas en cambio parecen escindir NAD + para generar una molécula de señalización. Esta molécula no se ve en las células animales.- está estructuralmente relacionado con una molécula de señalización clásica llamada ADP-ribosa cíclica. El equipo ahora está trabajando para comprender cómo este nuevo producto que vieron influye en la muerte celular y la resistencia a las enfermedades.

«Durante 25 años, no sabíamos qué hacían los dominios TIR en las plantas «, dijo Nishimura. «Así que estos resultados fueron muy interesantes en términos de avanzar en nuestra comprensión de cómo los dominios TIR realmente desencadenan la inmunidad».

Descubrir vías bioquímicas individuales en la respuesta inmune de la planta puede ser de vital importancia para la forma en que se manipulan los sistemas de las plantas para proteger los cultivos alimentarios, particularmente a medida que surgen nuevos patógenos y los suministros alimentarios mundiales se vuelven vulnerables, dijo Nishimura.

«Afortunadamente, comprender realmente de manera mecanicista los receptores inmunes nos ayudará a transferir los receptores existentes mientras conservamos la función y, en última instancia, nos permitirá diseñar racionalmente nuevos receptores para reconocer los patógenos emergentes», dijo.


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