Cómo las plantas hacen sonar la alarma sobre el peligro

Cómo las plantas hacen sonar la alarma sobre el peligro

El equipo dirigido por científicos de Salk proporciona una imagen detallada de cómo las hormonas vegetales se comunican a través de la regulación genética

LA JOLLA—Al igual que los humanos y otros animales, las plantas tienen hormonas. Una función de las hormonas vegetales es percibir problemas, ya sea un ataque de insectos, sequía o calor o frío intensos, y luego enviar una señal al resto de la planta para que responda.

Un equipo multicéntrico dirigido por investigadores actuales y anteriores del Instituto Salk informa nuevos detalles sobre cómo las plantas responden a una hormona llamada ácido jasmónico o jasmonato. Los hallazgos, que fueron publicados en Nature Plants el 13 de marzo de 2020, revelan una red de comunicación compleja. Este conocimiento podría ayudar a los investigadores, como los miembros del equipo de Salk Iniciativa de aprovechamiento de plantas, desarrollar cultivos que sean más resistentes y más capaces de resistir ataques, especialmente en una era de rápido cambio climático.

"Esta investigación nos brinda una imagen muy detallada de cómo esta hormona, el ácido jasmónico, actúa en muchos niveles diferentes", dice el profesor. José Ecker, coautor correspondiente e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. “Nos permite comprender cómo se procesa la información ambiental y la información sobre el desarrollo, y cómo garantiza un crecimiento y desarrollo adecuados”.

La planta utilizada en el estudio fue Arabidopsis thaliana, una pequeña planta con flores de la familia de la mostaza. Debido a que su genoma ha sido bien caracterizado, esta planta es un sistema modelo popular. Los científicos pueden tomar lo que aprenden en a. thaliana y aplicarlo a otras plantas, incluidas las que se cultivan como alimento. El ácido jasmónico se encuentra no sólo en a. thaliana sino en todo el reino vegetal.

"El ácido jasmónico es particularmente importante para la respuesta de defensa de una planta contra hongos e insectos", dice el coautor principal Mark Zander, investigador del personal del laboratorio de Ecker. “Queríamos entender con precisión qué sucede después de que la planta percibe el ácido jasmónico. ¿Qué genes se activan y desactivan, qué proteínas se producen y qué factores controlan estos procesos celulares bien orquestados?

Los investigadores comenzaron con semillas de plantas cultivadas en placas de Petri. Mantuvieron las semillas en la oscuridad durante tres días para imitar los primeros días de vida de una semilla, cuando todavía está bajo tierra. "Sabemos que esta etapa de crecimiento es muy importante", dice el coautor principal y coautor correspondiente Mathew Lewsey, profesor asociado de la Universidad La Trobe en Melbourne, Australia, que trabajó anteriormente en el laboratorio de Ecker. Los primeros días en el suelo son un momento desafiante para las plántulas, ya que enfrentan ataques de insectos y hongos. “Si sus semillas no germinan y emergen exitosamente del suelo, entonces no tendrá cosecha”, agrega Lewsey.

Después de tres días, las plantas se expusieron a ácido jasmónico. Luego, los investigadores extrajeron el ADN y las proteínas de las células vegetales y emplearon anticuerpos específicos contra sus proteínas de interés para capturar la ubicación genómica exacta de estos reguladores. Mediante el uso de varios enfoques computacionales, el equipo pudo identificar genes que son importantes para la respuesta de la planta al ácido jasmónico y, además, para la comunicación cruzada celular con otras vías de hormonas vegetales.

Dos genes que llegaron a la cima en su grado de importancia en todo el sistema fueron MYC2 y MYC3. Estos genes codifican proteínas que son factores de transcripción, lo que significa que regulan la actividad de muchos otros genes, o miles de otros genes en este caso.

“En el pasado, los genes MYC y otros factores de transcripción se han estudiado de forma muy lineal”, explica Lewsey. “Los científicos observan cómo un gen está conectado con el siguiente gen, y con el siguiente, y así sucesivamente. Este método es intrínsecamente lento porque hay muchos genes y muchas conexiones. Lo que hemos hecho aquí es crear un marco mediante el cual podemos analizar muchos genes a la vez”.

“Al descifrar todas estas redes y subredes de genes, nos ayuda a comprender la arquitectura de todo el sistema”, dice Zander. “Ahora tenemos esta imagen muy completa de qué genes se activan y desactivan durante la respuesta de defensa de una planta. Con la disponibilidad de la edición de genes CRISPR, este tipo de detalles pueden ser útiles para cultivar cultivos que puedan resistir mejor los ataques de plagas”.

Otro aspecto destacable de este trabajo es que todos los datos de la investigación han sido Hecho disponible en el sitio web de Salk. Los investigadores pueden usar el sitio para buscar más información sobre los genes que estudian y encontrar formas de identificarlos.

Otros autores del estudio incluyeron a Anna Bartlett, J. Paola Saldierna Guzmán, Elizabeth Hann, Amber E. Langford, Bruce Jow, Joseph R. Nery y Huaming Chen de Salk; Lingling Yin de la Universidad La Trobe; Natalie M. Clark y Justin W. Walley de la Universidad Estatal de Iowa; Aaron Wise y Ziv Bar-Joseph de la Universidad Carnegie Mellon; y Roberto Solano del Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas en Madrid, España.

El trabajo fue financiado por una beca de investigación de Deutsche Forschungsgemeinschaft y una beca de salida internacional Marie Curie FP7 de la UE, y por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias; los Institutos Nacionales de Salud (R01GM120316); la División de Ciencias Químicas, Geociencias y Biociencias, Oficina de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía de EE. UU. (DE-FG02-04ER15517); la Fundación Gordon y Betty Moore (GBMF3034); el Ministerio de Economía (BIO2016-77216-R), Industria y Competitividad de España; el Instituto de Ciencias de las Plantas de la ISU; y el Instituto Médico Howard Hughes.

DOI: 10.1038/s41477-020-0605-7