A medida que las plantas evolucionaron para vivir en la tierra, también lo hicieron sus sistemas inmunológicos, que brindaban protección contra hongos peligrosos.

Al pasar del agua a la tierra, los ancestros de las plantas actuales se encontraron con hongos. Los patógenos fúngicos intentaron perforar las paredes celulares de las plantas en busca de alimento, lo que resultó en enfermedades y muerte. Para establecerse con éxito en la tierra, las plantas tenían que repeler o manipular estos hongos.

Un nuevo estudio sugiere que ciertos mecanismos de defensa de las plantas forman un mecanismo antiguo y conservado que se encuentra en la mayoría de las plantas terrestres.

Cuando las plantas se enfrentan a una infestación de hongos, pueden usar papilas, estructuras que refuerzan las paredes celulares de las plantas, y vainas que encierran el material fúngico en el punto de entrada. Pero los científicos se han preguntado durante mucho tiempo si estas estructuras se defienden contra el ataque de hongos o dan la bienvenida a su entrada para facilitar la simbiosis, dice Paul Schulze-Lefert, investigador del Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento en Colonia, que no participó en el estudio.

Estudios anteriores encontraron que un tipo de proteína, PEN1, es una parte esencial de las defensas de las plantas contra el mildiu polvoriento, una enfermedad fúngica que afecta a una amplia gama de plantas. PEN1, que se encuentra en la membrana celular de la planta, es una sintaxina, una proteína que transporta varios agentes antimicrobianos y material de la pared celular al sitio de invasión de patógenos.

Mads Eggert Nielsen, investigador de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, y sus colegas querían comprender mejor el papel de PEN1 y otra sintaxina, SYP122, en la inmunidad de las plantas. Estas dos proteínas pertenecen a la misma familia de sintaxinas denominadas SYP12.

En su primera serie de experimentos, el equipo de Nielsen probó lo que la ausencia de estas sintaxinas le haría a la planta con flores. Arabidopsis thaliana, comúnmente conocido como berro thale. Al eliminar los dos genes que codifican las proteínas PEN1 y SYP22, los investigadores pudieron averiguar si las plantas podían defenderse de hongos y patógenos similares a hongos, o si simplemente depondrían las armas.

Descubrieron que las plantas mutantes que carecían de ambos genes sucumbían rápidamente a patógenos como el mildiu polvoriento y el tizón de la patata. Sus experimentos revelaron que ni las papilas ni las envolturas podrían formarse en las células vegetales sin estas proteínas para bloquear la entrada de hongos dañinos. Según Schulze-Lefert, esto pone fin al debate de larga data sobre su papel en la inmunidad de las plantas.

«Esta es realmente una respuesta inmune y evita que los patógenos invasivos de hongos y oomicetos ingresen a las células vegetales», dijo.

Se sabe que el grupo de proteínas SYP12, que incluye PEN1 y SYP122, se conserva en toda la flora terrestre. Entonces, los investigadores querían ver si estas proteínas conservaban su función inmune contra los hongos y otros organismos en las especies de plantas terrestres. Para hacer esto, el equipo recurrió a un descendiente de la planta terrestre más antigua del mundo: la hepática común. Separados por 470 millones de años de historia evolutiva, hepatica y thale cress son parientes muy lejanos.

Los experimentos han encontrado que si bien el berro thale puede sobrevivir en ausencia de sintaxinas, a menos que tenga que lidiar con un patógeno fúngico, las hepáticas comunes no pueden, haciendo una comparación al examinar lo que significaría imposible la ausencia de una proteína sintaxina para la planta. inmunidad en este escenario. En cambio, los investigadores preguntaron si una sintaxina de hepática podría restaurar la función de una proteína SYP122 faltante en un berro thale mutante.

Por lo tanto, eliminaron el gen para SYP122 en el berro thale y lo reemplazaron con un gen similar de hepatica y descubrieron que la sintaxina de hepatica funcionaba tan bien como SYP122 en el berro thale. Debido a que el berro y la hepática poseen proteínas que brindan una protección similar contra los patógenos, los investigadores sospechan que la función evolucionó hace millones de años y se ha conservado desde entonces.

«Descubrimos que las plantas que carecían de PEN1 y SYP122 ya no podían bloquear el ataque de una serie de patógenos muy distantes», dijo Nielsen. «En otras palabras, este tipo de defensa es altamente efectivo y duradero, y nos ayuda a comprender por qué las plantas son resistentes a la mayoría de los patógenos y solo son susceptibles a unos pocos».

Algunos hongos son capaces de subvertir las defensas de las plantas y el equipo de Nielsen está interesado en estudiar cómo estos hongos rompen las barreras de las plantas. Las plantas que son susceptibles al ataque de hongos podrían entonces hacerse resistentes y, por lo tanto, estar mejor protegidas.

Referencia: Héctor M. Rubiato, et al., Las sintaxinas SYP12 de plantas median una inmunidad general conservada evolutivamente contra patógenos filamentosos, eLife (2022). DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.73487

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