Los mecanismos de defensa que usan las plantas para reconocer y responder a una plaga común, la oruga, han surgido de un solo gen que evolucionó durante millones de años, según un informe publicado hoy en eLife .
Por eLife
El estudio encuentra que algunas plantas, como la soja, han perdido este gen protector con el tiempo, y sugiere que la reproducción de plantas o la ingeniería genética para reintroducir el gen podría proteger contra la pérdida de cosechas.
El estado de salud de una planta depende del sistema inmunológico que hereda. En las plantas, esto significa heredar ciertos tipos de receptores de reconocimiento de patrones que pueden reconocer distintos patógenos y péptidos derivados de herbívoros, y desencadenar una respuesta inmunitaria adecuada.
«Heredar los tipos correctos de receptores de reconocimiento de patrones puede permitir que las plantas reconozcan amenazas y se enfrenten a enfermedades y plagas«, explica el autor principal Simon Snoeck, investigador postdoctoral en el Departamento de Biología de la Universidad de Washington, EE. UU. «Aunque conocemos muchas moléculas derivadas de plagas que activan las respuestas inmunitarias en las plantas, nuestro conocimiento de cómo las plantas evolucionaron la capacidad de detectar nuevas amenazas es limitado».
Para abordar esta brecha, el equipo se dispuso a definir los eventos evolutivos clave que permitieron que las plantas respondieran a una amenaza común: la oruga. Ya se sabía que las especies en un grupo de leguminosas, incluidos los frijoles mungo y los guisantes de ojos negros, son capaces de responder de manera única a los péptidos producidos por la boca de las orugas mientras mastican las hojas de las plantas.
Así que observaron los genomas de este grupo de plantas en profundidad para ver si un receptor de reconocimiento de patrones común llamado receptor de inceptina (INR) había cambiado durante millones de años, ganando o perdiendo la capacidad de reconocer orugas.
Descubrieron que un solo gen receptor de 28 millones de años se corresponde perfectamente con la respuesta inmune de la planta a los péptidos de la oruga. También encontraron que entre los descendientes de los ancestros de plantas más antiguos que primero desarrollaron el gen del receptor, algunas especies que no podían responder a los péptidos de la oruga habían perdido el gen.
Para comprender cómo este gen antiguo adquirió la capacidad de reconocer nuevos péptidos de los patógenos actuales, el equipo empleó una técnica llamada reconstrucción de secuencias ancestrales en la que combinaron información de todos los genes receptores modernos para predecir la secuencia original de 28 millones de años. Este receptor ancestral fue capaz de responder a los péptidos de oruga. Sin embargo, una versión un poco más antigua con 16 cambios en la secuencia del receptor no pudo.
Esta historia genética , junto con los modelos informáticos que muestran cómo las estructuras del receptor antiguo y actual pueden haber diferido, proporcionan pistas sobre cómo evolucionó el receptor. Sugiere que hubo una inserción clave de un nuevo gen en el genoma de la planta ancestral hace más de 32 millones de años, seguida de una rápida evolución de diversas formas del nuevo receptor. Una de estas formas adquirió la capacidad de responder a los péptidos de oruga, y esta nueva capacidad ahora se comparte en docenas de especies de leguminosas descendientes.
«Hemos identificado la aparición y la pérdida secundaria de un rasgo de inmunidad clave sobre la evolución de las plantas», concluye el autor principal Adam Steinbrenner, profesor asistente del Departamento de Biología de la Universidad de Washington.
«En el futuro, esperamos aprender más sobre los procesos a nivel del genoma que generan una nueva diversidad de receptores e identifican receptores inmunes aún desconocidos dentro de los grupos de plantas. A medida que se disponga de más datos genómicos , estos enfoques identificarán los receptores ‘faltantes’ que son útiles rasgos para reintroducir en las plantas para ayudar a proteger los cultivos».
Más información: Simon Snoeck et al, Ganancia y pérdida evolutivas de un receptor de reconocimiento de patrones de plantas para el reconocimiento de HAMP, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.81050
