La última batalla: las células madre vegetales luchan contra los virus
Los virus son una amenaza para todos los organismos, incluidas las plantas. Sin embargo, un pequeño grupo de células madre vegetales se defiende con éxito de las infecciones. Marco Incarbone, ahora en el MPIMP Golm, Gabriele Bradamante y sus coautores del Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas (GMI) descubrieron que el ácido salicílico y el ARN de interferencia median en esta inmunidad antiviral de las células madre vegetales. Los resultados se publicaron en PNAS el 12 de octubre.
Imagen microscópica del virus del mosaico del nabo (amarillo) infectando una punta de brote de Arabidopsis. Izquierda: el virus se extiende por todo el brote, pero queda excluido de la pequeña población de células madre. Derecha: Cuando falta RDR1, el virus también infecta las células madre.
© Gabriele Bradamante/GMI
Los virus de las plantas amenazan la salud de sus huéspedes, pueden propagarse rápida y globalmente y suponen un reto para la productividad agrícola. Cuando los virus infectan con éxito las plantas, la infección suele propagarse por todo el organismo. Bueno, no del todo: Un pequeño grupo de células indomables sigue resistiendo: las células madre de la punta del brote. Este pequeño grupo de células genera todos los tejidos de la planta por encima del suelo, incluida la siguiente generación de plantas, y por razones aún poco conocidas, los virus son incapaces de proliferar en estas células. Marco Incarbone, anteriormente investigador postdoctoral en el grupo de Ortrun Mittelsten Scheid en el Instituto Gregor Mendel de la Academia Austriaca de Ciencias (GMI) y ahora jefe de grupo en el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas en Alemania, trató de descubrir las bases moleculares de cómo las células madre del meristemo apical del brote combaten los virus junto con la estudiante de doctorado Gabriele Bradamante y otros miembros del grupo del GMI.
Para comprender las potentes defensas antivirales de este grupo especial de células, Incarbone, Bradamante y sus colegas establecieron primero una plataforma de cribado. "Desarrollamos técnicas de microscopía de alto rendimiento que nos permitieron estudiar muchos meristemos de Arabidopsis en varios momentos tras la infección viral, para dar una dimensión temporal a nuestra exploración", explica Incarbone. Utilizando este enfoque dinámico y semicuantitativo, los investigadores observaron que el virus del mosaico del nabo -el modelo de virus vegetal elegido- se propaga en su planta modelo Arabidopsis thaliana, llega a las células madre del ápice del brote e incluso entra en ellas, pero luego es rápidamente excluido. "Sorprendentemente, estas células son muy buenas para expulsar el virus".
Trabajos anteriores sobre un pariente cercano del tabaco habían proporcionado indicios de que el ARN de interferencia -una vía que inhibe la proliferación de virus en plantas y muchos animales- desempeña un papel en la exclusión del virus en las plantas. En la búsqueda de las bases moleculares de la defensa, los investigadores examinaron plantas mutantes de Arabidopsis que carecen de ciertos componentes de la vía de interferencia del ARN. Además, estudiaron plantas deficientes en ácido salicílico, una hormona clave para la defensa de las plantas.
Mediante una serie de experimentos dirigidos, los investigadores pudieron comprobar que durante la infección por virus se activa la producción de ácido salicílico. "La planta reconoce el virus y activa el ácido salicílico como una señal de alarma". A su vez, el ácido salicílico activa un factor clave en la amplificación del ARN de interferencia, llamado RDR1. El RDR1 aumenta la producción de ARN de doble cadena a partir del ARN vírico, lo que proporciona a las plantas más secuencias específicas del virus para dirigir el mecanismo de defensa contra el virus invasor.
En la lucha contra el virus del mosaico del nabo, tanto el ácido salicílico como la RDR1 son necesarios para expulsar el virus de las células madre; sin embargo, la RDR1 no se produce dentro de las propias células madre, sino en el tejido que hay debajo de ellas y en la vasculatura, añade Incarbone. "Allí genera la información basada en el ARN y muy probablemente móvil que inmuniza a las células madre frente al virus entrante. Aunque sabemos que la infección desencadena un aumento general del ácido salicílico, aún no sabemos en qué parte de la planta y en qué momento de la infección se produce. Actualmente estamos intentando resolver este rompecabezas". Pero cada virus es diferente. En la lucha contra otros virus, el ácido salicílico y la RDR1 se activan, pero no son necesariamente necesarios. "Basándonos en nuestros experimentos con otros virus podemos, sin embargo, concluir que el ARN de interferencia es siempre necesario para defender a las células madre de la infección".
Aún así, las células madre guardan un misterio: los virus de las plantas evaden y suprimen con frecuencia la interferencia del ARN en otros tejidos vegetales. "¿Por qué los virus pueden suprimir la interferencia del ARN en la mayor parte de la planta, pero no en estas células especiales? Esta sigue siendo la gran pregunta". En un trabajo de seguimiento, Incarbone investigará ahora cómo se impide que los virus pasen a las semillas y vástagos de una planta infectada, que se desarrollan a partir de las células madre protegidas. "Nuestros hallazgos añaden conocimientos importantes sobre cómo funcionan las defensas antivirales de las células madre y proporcionan un marco molecular sólido sobre el que construir".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Marco Incarbone, Gabriele Bradamante, Florian Pruckner, Tobias Wegscheider, Wilfried Rozhon, Vu Nguyen, Ruben Gutzat, Zsuzsanna Mérai, Thomas Lendl, Stuart MacFarlane, Michael Nodine, Ortrun Mittelsten Scheid; "Salicylic acid and RNA interference mediate antiviral immunity of plant stem cells"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 120, 2023-10-12
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