Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Los investigadores identifican un gen que regula cómo las plantas responden al estrés

Venus atrapamoscas
Crédito: CC0 Public Domain

Tal vez salga a caminar tranquilamente, se acurruque con un buen libro, levante pesas o busque algo de comida reconfortante cuando no se siente bien o ha tenido un día particularmente estresante. 


por Lauren Bradford, Universidad de Delaware


Aunque existen innumerables formas en las que todos lidiamos externamente con los factores estresantes, una cosa es constante: a nivel celular, la respuesta al estrés es universal tanto en el reino animal como en el vegetal.

Claro, es posible que las plantas no tengan un mal día porque no pasaron una prueba, recibieron una multa por exceso de velocidad o tuvieron una pelea con un amigo, pero la lucha sigue siendo real. Las plantas enfrentan tensiones bióticas de patógenos bacterianos, fúngicos y virales y tensiones abióticas por temperaturas extremas, sequía o inundaciones, salinidad excesiva y alteraciones en la exposición al sol.

Las células vegetales, al igual que las células humanas y animales, dependen de un sistema complejo de genes y su expresión y regulación para montar una defensa o respuesta inmune adecuada contra un factor de estrés externo. En un estudio publicado recientemente en Frontiers in Plant Science , investigadores de la Universidad de Delaware y la Universidad de Syracuse han identificado un gen único que modula las respuestas contra el estrés tanto biótico como abiótico.

«SDA1 es en realidad un gen muy pequeño, pero es fundamental porque controla las respuestas bióticas y abióticas simultáneamente dentro de la planta», dijo Aditya Dutta, profesora asistente en el Departamento de Ciencias Animales y de los Alimentos. «Las especies reactivas de oxígeno, o ROS, son de importancia crítica en la respuesta inmune de una planta y se producen en procesos fisiológicos normales. Los niveles de ROS aumentan en respuesta a un factor de estrés y se inicia un proceso de defensa. A través de su remediación de ROS, SDA1 actúa como un regulador maestro. Es un gen que regula otros genes, afectando tanto la respuesta biótica como abiótica, y haciendo que la planta sea más resistente en ambos frentes «.

Dutta comenzó esta investigación durante su trabajo de doctorado en la Universidad de Syracuse estudiando matrices de expresión génica que rastreaban la expresión génica después de la exposición de las plantas a más de 20 factores estresantes diferentes. Una cosa que le llamó la atención fue que el SDA1 se indujo en casi todos los casos. Al principio, Dutta dijo que pensaba que SDA1 podría ser solo un gen pasajero o uno que no controla ningún proceso en particular.

«Pero luego comencé a investigarlo más y lo que vi fue que SDA1 en realidad estaba interactuando con procesos mediados por ácido salicílico. Esta es la misma hormona que controla una gran parte de la respuesta biótica. De hecho, el ácido salicílico es tan importante en el mundo vegetal que a menudo se rocía sobre plantas comerciales para que puedan usarlo para estimular de forma natural su respuesta inmune «, dijo Dutta. «Lo que encontré fue que el SDA1 no solo interactúa con el ácido salicílico, sino que si elimina el SDA1, afecta la cantidad de ácido salicílico que puede contener una planta. Si no puede contener tanto ácido salicílico , básicamente reduce la capacidad de la planta para combatir las infecciones «.

Dutta y sus colegas investigadores también encontraron que SDA1 afectaba las respuestas a los factores estresantes abióticos. Por ejemplo, SDA1 afecta la cantidad de crecimiento de raíces en respuesta a la sequía. Sin un crecimiento apropiado de las raíces, una planta no puede sobrevivir.

Reconociendo que SDA1 era un gen de importancia crítica pero que anteriormente no estaba categorizado, el equipo de investigación buscó genes o proteínas con funciones similares. Al no encontrar tales similitudes, examinaron más de cerca la secuencia completa del gen para determinar qué hace que esta proteína sea tan única. Al hacerlo, identificaron un dominio de siete aminoácidos. «Cuando empezamos a mirar este dominio, nuestra corazonada inicial fue que probablemente era importante porque estaba conservado; pero luego volvimos y mutamos cada aminoácido, uno a la vez, para ver cuáles eran importantes», dijo Dutta. . «Descubrimos que se necesita el dominio completo. Existe una relevancia funcional para estos siete aminoácidos, ya que este dominio es el que controla la respuesta contra el estrés tanto biótico como abiótico».

Lo más importante es que el equipo descubrió que este dominio de siete aminoácidos está presente en la mayoría de las plantas que se han secuenciado a lo largo del tiempo, incluidos los cultivos comerciales. Este podría ser un descubrimiento crítico ya que enfrentamos crecientes presiones causadas por el cambio climático.

«Con el tiempo, hemos comenzado a cultivar cultivos que son súper eficientes para el medio ambiente en el que nos encontramos, pero las cosas están cambiando. Las temperaturas están subiendo, la salinidad del suelo está cambiando y se necesita irrigar más tierra para obtener el tipo de producción que normalmente obtendría «, dijo Dutta. «Las cosas que no eran un factor hace cinco o diez años ahora son realmente importantes no solo para el mercado estadounidense sino para todo el mundo».

Debido a que el gen SDA1 y su dominio de siete aminoácidos ocurren naturalmente, los científicos podrían identificar cultivares y seleccionar cepas de cultivos que expresen este gen en niveles altos. Esto es diferente de los cultivos modificados genéticamente, ya que no requeriría cambiar los genes, sino simplemente seleccionar y propagar las plantas que expresan SDA1 de manera que las haga más resistentes al estrés.

¿Podemos producir cultivos más resistentes? ¿Podemos hacerlos resistentes a la sequía? ¿Podemos hacerlos más resistentes a los patógenos bacterianos? Con más investigación próxima, Dutta dijo que cree que muchas de estas respuestas se encuentran en SDA1.

Buscando pistas

Dutta, ahora investigador avícola en la Facultad de Agricultura y Recursos Naturales de la UD, tiene experiencia examinando diferentes modelos de vida para comprender el estrés celular, desde bacterias hasta plantas y pollos. Además de mejorar la productividad agrícola, su trabajo actual puede identificar y definir los impulsores de cánceres en los órganos reproductivos humanos.

«El cáncer de ovario no es uno de los 10 principales cánceres para las mujeres en términos de incidencia o tasa de ocurrencia, pero es uno de los cinco primeros en términos de número de muertes», dijo Dutta. «Uno de los problemas que enfrentamos con el cáncer de ovario es la detección. No es que no podamos tratarlo, pero cuando la paciente llega al médico, normalmente se encuentra en una etapa avanzada».

Dutta dijo que comenzó a trabajar con pollos para estudiar la salud reproductiva porque desarrollan cáncer de ovario espontáneo en el laboratorio a diferencia de otros modelos animales, lo que proporciona información potencialmente beneficiosa tanto para las aves de corral como para los humanos.

El estrés oxidativo es uno de los mayores contribuyentes a la aparición del cáncer. Al comprender el estrés oxidativo en los reinos vegetal y animal, Dutta espera poder hacer más generalizaciones en todos los campos y aplicar el conocimiento de la regulación genética a diferentes fenómenos.

«Esto se remonta a la idea de One Health y la idea de que todo lo que aprenda en una esfera se puede aplicar en otra», dijo Dutta. «Muchos de los principios básicos siguen siendo los mismos, solo los estamos analizando en diferentes entornos fisiológicos y cómo se relacionan con diferentes resultados de enfermedades. En cada caso, estamos aprendiendo cómo las células responden al estrés oxidativo y cuán crítico es esto La respuesta consiste en garantizar buenos resultados tanto para las aves de corral como para los seres humanos «.


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