Los musgos, las hepáticas, los helechos y las algas pueden ofrecer una nueva y apasionante frontera de investigación en el desafío global de proteger los cultivos de la amenaza de las enfermedades.
Estas plantas sin flores suelen considerarse poco sofisticadas en comparación con sus parientes con flores, entre los que se incluyen los cultivos principales.
Sin embargo, una nueva investigación llevada a cabo por el Centro John Innes ha descubierto que las briofitas sin flores, y los musgos en particular, contienen repertorios sofisticados de receptores inmunes.
«A menudo se piensa que las briofitas no vasculares y sin flores son simples predecesoras de las plantas con flores, pero hemos descubierto que los musgos en particular tienen un conjunto ampliado de receptores inmunes que son quizás los más complejos entre las plantas», dijo el Dr. Phil Carella, líder de grupo en el Centro John Innes y autor del estudio.
Las técnicas biotecnológicas revelaron que los dominios del receptor inmune NLR que protegen a las plantas contra patógenos son transferibles entre plantas con flores y sin flores.
El Dr. Carella añadió: «Lo interesante de este estudio es que la inmunidad diversa encontrada en plantas sin flores como los musgos es transferible, por lo que nos ofrece una fuente de nuevos genes de resistencia contra los patógenos».
El descubrimiento abre nuevas y emocionantes posibilidades para diseñar inmunidad en cultivos importantes que enfrentan una amenaza creciente de patógenos emergentes y de rápida evolución, agravada por el cambio climático. La investigación se publicó en The Plant Cell .
Las plantas han desarrollado receptores inmunitarios con repeticiones ricas en leucina (NLR) para detectar patógenos durante millones de años. Los NLR de las plantas con flores son un tema muy estudiado, pero se sabe mucho menos sobre la forma y la función de los receptores de linajes divergentes de briofitas sin flores y sin vasos sanguíneos.
Las briofitas se separaron de las plantas con flores hace más de 500 millones de años y el conocimiento sobre sus sistemas inmunológicos es limitado. Mediante una combinación de herramientas genéticas y computacionales , el equipo se centró en el dominio N-terminal de los receptores inmunológicos NLR que codifican la base bioquímica de la inmunidad vegetal.
Descubrieron que existía una notable similitud estructural y funcional entre los dominios de los receptores inmunes en diversos linajes de plantas, aun cuando las secuencias genéticas de estos dominios eran muy variables.
Mediante el uso de técnicas de expresión transitoria, transfirieron genes de receptores inmunes obtenidos de plantas sin flores, como la hepática Marchantia polymorpha, a una planta con flores Nicotiana benthamiana, un tipo de tabaco enano.
Los diversos dominios de receptores inmunitarios activaron respuestas inmunitarias fuertes cuando se expresaron transitoriamente en plantas con flores. Lo contrario también fue cierto, ya que los investigadores descubrieron que podían transferir funcionalmente un dominio inmunitario de plantas con flores a plantas sin flores.
El hecho de que estos dominios sean transferibles y funcionen a través de linajes de plantas es un gran avance en la comprensión y ofrece aplicaciones prácticas para la protección de cultivos.
«Esto significa que podemos utilizar plantas sin flores, como musgos o hepáticas, como fuente de nuevos genes de resistencia contra patógenos de cultivos», explicó el Dr. Carella. «Demostramos que podemos aprovechar la enorme diversidad evolutiva de receptores inmunes de todo el reino vegetal. Por lo tanto, nuestro alcance para diseñar inmunidad es mucho mayor de lo que pensábamos originalmente».
El equipo también está explorando las novedades evolutivas codificadas en las briofitas como fuente de descubrimiento de genes que pueden utilizarse para proteger los cultivos contra enfermedades.
Los experimentos futuros buscarán identificar moléculas patógenas que desencadenen inmunidad en diversas plantas.
Los investigadores también intentarán comprender cómo los componentes del receptor inmune se unen para activar una respuesta inmune.
La investigación también ofrece información biológica, dijo el Dr. Carella: «A menudo se considera que las plantas con flores son la cumbre de la evolución. Pero nuestro estudio muestra que es probable que exista una complejidad en la bioquímica de los receptores inmunitarios en las plantas sin flores, lo que podría ofrecer un nuevo reservorio para la inmunidad si pudiéramos transferirlos a los cultivos».
Más información: Khong-Sam Chia et al., Los dominios N-terminales de los receptores inmunes NLR exhiben similitudes estructurales y funcionales entre linajes vegetales divergentes, The Plant Cell (2024). DOI: 10.1093/plcell/koae113
