Investigadores dirigidos por Ken Shirasu en el Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles (CSRS) en Japón han identificado una proteína antigua que tiene el potencial de ayudar a defender a las plantas contra decenas de miles de bacterias diferentes y otros patógenos.
por RIKEN
Este receptor, denominado «SCORE», detecta la proteína de choque frío, cuyas variaciones se encuentran en más del 85% de las bacterias conocidas, así como en hongos e insectos.
Experimentos publicados en Science revelan que simplemente intercambiar secciones clave de SCORE con sustitutos puede cambiar previsiblemente el tipo de proteína de choque frío, y por lo tanto, el patógeno, que reconoce. Esta estrategia podría utilizarse para diseñar SCORE sintético y proporcionar a las plantas, en particular a los cultivos y árboles, un medio para defenderse de cualquier patógeno que las ataque.
Cuando las plantas con flores, como el arroz, el trigo, los olivos y el bambú, se infectan con patógenos, son más pequeñas y tienen menor rendimiento.
Afortunadamente, las plantas tienen proteínas receptoras que reconocen moléculas de patógenos cuando ambas se unen, desencadenando una respuesta inmune .
Desafortunadamente, ningún receptor inmunitario reconoce todos los patógenos actuales y futuros. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que los receptores inmunitarios específicos de plantas de una rama de la familia de las plantas, como las coles y el brócoli, pueden transferirse a otro linaje, como los tomates y las patatas, lo que les proporciona una defensa que no poseen de forma natural.
Esto suena fácil, pero la realidad es que de los cientos de miles de posibles pares de microbios-receptores que existen en la naturaleza, hasta la fecha, los científicos han identificado menos de diez, y todos en especies modelo con genomas bien conocidos.
Sin saber qué receptores reconocen a qué microbios, no se puede hacer mucho para mejorar las condiciones en el campo. En su nuevo estudio, Shirasu y su grupo en RIKEN CSRS se centraron en desarrollar una estrategia para identificar estos pares.
Partiendo de más de 1300 receptores de los genomas de 350 especies vegetales , los investigadores finalmente identificaron un receptor inmunitario desconocido en el pomelo, un cítrico común. Una serie de experimentos reveló que este receptor reacciona a algunas proteínas de choque frío, pero no a todas. Por ello, lo denominaron «Receptor Selectivo de Proteínas de Choque Frío», abreviado como SCORE.
Determinaron que SCORE reconoce una pequeña sección de proteínas de choque frío, llamada csp15 por su longitud de 15 aminoácidos. Al sustituir algunos de los aminoácidos de la csp15 por otros, se modificó la proteína de choque central que SCORE podía reconocer.
Un análisis detallado del genoma mostró que la mayoría de los patógenos, excepto los virus, producen al menos un tipo de proteína de choque frío. Al comparar las especies, el equipo descubrió que, si bien la mayoría de los 15 aminoácidos del CSP15 se conservan entre especies, las posiciones 6, 7, 14 y 15 de la secuencia varían considerablemente.
Los investigadores también encontraron más de 60 variaciones en SCORE específicas de diferentes linajes de plantas y rastrearon su origen hasta el último ancestro común de todas las plantas con flores. Esto significa que muchas de las plantas que utilizamos como alimento presentan variaciones de este receptor inmunitario.
«Este fue un hallazgo particularmente inesperado», explica el coautor Yasuhiro Kodata. «La amplia variación natural en el reconocimiento de CSP entre ortólogos de SCORE de diferentes linajes vegetales sugiere que este tipo de receptor inmunitario ha evolucionado repetidamente para optimizar la detección de patógenos mediante sustituciones específicas de aminoácidos».
El análisis de todos los diferentes SCORE reveló las ubicaciones específicas en su secuencia de aminoácidos que varían de un linaje a otro y, en función de la carga, fue posible predecir qué csp15 puede reconocer un SCORE determinado.
El siguiente paso lógico fue tomar el SCORE de pomelo y diseñar nuevas versiones que reconocieran diferentes patógenos, reemplazando las secciones clave con alternativas. Por ejemplo, aunque el SCORE de pomelo natural no reconoce la proteína de choque central de las especies bacterianas Ralstonia, Erwinia o Xanthomonas, los investigadores sintetizaron una nueva versión de SCORE que reacciona a todas ellas.
«A corto plazo», afirma Shirasu, «este estudio proporciona un nuevo marco para identificar y diseñar receptores inmunes de plantas no modelo, especialmente plantas perennes de larga vida, para las cuales las herramientas genéticas son limitadas».
El primer autor, Bruno Pok Man Ngou, añadió: «Nuestro próximo objetivo es introducir variantes de SCORE modificadas genéticamente en especies de cultivos de importancia económica para conferirles una resistencia de amplio espectro contra patógenos y plagas. Esto ofrece un enfoque sostenible para mejorar la resiliencia a enfermedades y plagas en la agricultura y contribuye a la seguridad alimentaria mundial».
Más información: Bruno Pok Man Ngou et al., Descubrimiento sistemático e ingeniería de receptores inmunitarios sintéticos en plantas, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx2508 . www.science.org/doi/10.1126/science.adx2508
