Identificadas las moléculas que potencian la inmunidad de las plantas
Aprovechar estos conocimientos puede permitir diseñar moléculas que hagan a las plantas más resistentes a las enfermedades
Dos estudios publicados en la revista Science por investigadores del Instituto Max Planck de Investigación de Cultivos Vegetales de Colonia (Alemania), en colaboración con colegas de China, han descubierto moléculas celulares naturales que impulsan respuestas inmunitarias críticas de las plantas. Estos compuestos tienen todas las características de ser pequeños mensajeros adaptados por las plantas para activar los centros de control de la defensa. El aprovechamiento de estos conocimientos puede permitir a los científicos y a los fitomejoradores diseñar moléculas que hagan que las plantas, incluidas muchas especies de cultivos importantes, sean más resistentes a las enfermedades.
Pequeñas moléculas producidas por TIR en plantas naturales que controlan dos ramas de la inmunidad
Wen Song, Aolin Jia, Shijia Huang, Giuliana Hessler and Henriette Laessle
La producción mundial de alimentos debe duplicarse de aquí a 2050 para alimentar a los 2.000 millones de personas adicionales que se prevé que vivan en la Tierra para entonces. Impulsar la producción de alimentos requiere aumentar el rendimiento de muchos de nuestros cultivos básicos. Para ello, es necesario contar con estrategias que garanticen que las plantas sean más resistentes a los agentes infecciosos microscópicos, al tiempo que se garantiza que la producción de alimentos sea segura para el medio ambiente. Para lograrlo, es necesario conocer en detalle el sistema inmunitario de las plantas, es decir, las defensas que montan cuando se enfrentan a microorganismos invasores. Ahora, en dos estudios históricos, científicos dirigidos por Jijie Chai y Jane Parker, del Instituto Max Planck de Investigación de Cultivos Vegetales de Colonia y de la Universidad de Colonia (Alemania), en colaboración con el grupo de Junbiao Chang de la Universidad de Zhengzhou (Zhengzhou) y Zhifu Han y sus colegas de la Universidad de Tsinghua (Pekín), han identificado dos clases de moléculas y han determinado sus modos de acción en la mediación de las respuestas inmunitarias dentro de las células vegetales. Sus hallazgos allanan el camino para el diseño de pequeñas moléculas bioactivas que podrían permitir a los investigadores y a los cultivadores de plantas manipular -y por tanto potenciar- la resistencia de las plantas contra los microbios dañinos.
A nivel molecular, una de las principales estrategias inmunitarias empleadas por las plantas consiste en unas proteínas denominadas receptores de repetición rica en leucina de unión a nucleótidos, o NLR por sus siglas en inglés. Los NLR son activados por los microorganismos invasores y ponen en marcha respuestas inmunitarias protectoras. Estas respuestas inmunitarias culminan en la llamada respuesta hipersensible, que implica la restricción del crecimiento del patógeno y, a menudo, la muerte estrictamente delimitada de las células en el lugar de la infección, algo parecido a la amputación de un dedo del pie para asegurar la supervivencia del organismo.
Se ha demostrado que una clase de proteínas NLR, las que tienen los denominados dominios del receptor Toll/interleucina 1 (TIR), que se denominan TIR-NLR (o TNL), transmiten señales a la proteína inmunitaria Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1). Las proteínas más pequeñas que contienen TIR también envían señales a EDS1 para potenciar la resistencia a la enfermedad. EDS1 funciona como un centro de control que, dependiendo de los tipos de otras proteínas con las que interactúa, empuja a las células vegetales a restringir el crecimiento de los patógenos o a cometer la muerte celular. Trabajos anteriores demostraron que los receptores TNL y las proteínas TIR son en realidad enzimas inducidas por patógenos. Las pruebas sugieren que estas enzimas TIR producen un pequeño mensajero o mensajeros que señalan a EDS1 dentro de las células. Sin embargo, las identidades de las moléculas precisas generadas por las TNL o las TIR que estimulan las diferentes respuestas inmunitarias han permanecido esquivas.
Parker y sus colegas establecieron que los dos módulos funcionales de EDS1 que conducen a la inmunidad o a la muerte celular pueden ser desencadenados por enzimas TNL activadas por patógenos dentro de las células vegetales. Para identificar las pequeñas moléculas producidas por las TNL o las TIR y que actúan sobre EDS1, el grupo de Chai reconstituyó los componentes clave de la vía de señalización en células de insecto, un sistema que permite producir y purificar grandes cantidades de moléculas que luego pueden aislarse y caracterizarse. Utilizando este enfoque, los autores descubrieron dos clases diferentes de moléculas de nucleótidos modificados producidas por las TNL y las TIR. Estos compuestos se unieron preferentemente a diferentes subcomplejos deEDS1 y los activaron. Por lo tanto, los autores demuestran que diferentes subcomplejos EDS1 reconocen moléculas particulares producidas por los TIR, que funcionan como sustancias químicas portadoras de información, para promover respuestas inmunitarias.
Los receptores inmunitarios TIR y las proteínas centrales EDS1 existen en muchas especies de cultivos importantes, como el arroz y el trigo, y Jijie Chai señala que "las pequeñas moléculas identificadas catalizadas por TIR podrían emplearse como inmunoestimulantes generales y naturales para controlar las enfermedades de los cultivos". Jane Parker señala además que "el conocimiento de los modos de acción bioquímicos de estas pequeñas moléculas abre un capítulo completamente nuevo en la señalización de la inmunidad de las plantas y en la gestión de las enfermedades."
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Publicación original
Jia, A., Huang, S., Song, W., Wang, J., Meng, Y., Sun, Y., et al.; TIR-catalyzed ADP-ribosylation reactions produce signaling molecules for plant immunity; Science 7 July 2022.
Huang, S., Jia, A., Song, W., Hessler, G., Meng, Y., Sun, Y., et al.; Identification and receptor mechanism of TIR-catalyzed small molecules in plant immunity; Science 7 July 2022.
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