El mejor ataque es una gran defensa para algunas plantas carnívoras.

El mejor ataque es una gran defensa para algunas plantas carnívoras.

Los científicos de Salk ayudan a explicar cómo el carnívoro de las plantas evolucionó a partir de mecanismos defensivos

LA JOLLA–Las plantas que se alimentan de insectos han fascinado a los biólogos durante más de un siglo, pero la forma en que las plantas desarrollaron la capacidad de capturar y consumir presas vivas sigue siendo un misterio. Ahora, los científicos de Salk, junto con colaboradores de la Universidad de Washington en St. Louis, han investigado la base molecular de la carnivoría de las plantas y han encontrado evidencia de que evolucionó a partir de mecanismos que las plantas usan para defenderse.

La investigación, publicada el 11 de julio de 2022, en Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), detalla cómo las moléculas de calcio se mueven dinámicamente dentro de las células en las hojas de las plantas carnívoras en respuesta al tacto de una presa viva. La fluctuación del calcio conduce a movimientos de hojas para capturar presas, probablemente a través de un aumento en la producción de hormonas defensivas. Los hallazgos amplían la comprensión de los científicos sobre cómo las plantas interactúan con su entorno.

"Si podemos aprender más sobre cómo plantas como estas y otras se han adaptado para responder a sus entornos únicos, entonces tal vez podamos alterar estas vías moleculares en el futuro para desarrollar plantas que puedan sobrevivir en condiciones más duras", dice el coautor principal. Profesor joanne chory, director del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk e investigador del Instituto Médico Howard Hughes.

Los biólogos han llegado a entender que las plantas como la rocío de sol de hojas de cuchara (Drosera espátula) probablemente se adaptó al carnívoro para sobrevivir en condiciones pobres en nutrientes. Sin embargo, las droseras son difíciles de cultivar y su ADN no se secuenció hasta hace poco, por lo que los científicos tuvieron dificultades para examinar cómo funciona el carnívoro a nivel celular. Tampoco estaban seguros de cómo las plantas carnívoras desarrollaban comportamientos asociados a la captura de presas, como los movimientos de las hojas y la secreción de enzimas digestivas.

"Las plantas carnívoras de rocío de sol no son organismos modelo", dice Carl Procko, coautor del artículo y científico del personal del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk. "Menos de un puñado de laboratorios en el mundo han podido modificarlos genéticamente anteriormente, por lo que tuvimos que aprender nuevas técnicas para examinarlos de cerca".

Para este estudio, los científicos aplicaron herramientas genéticas para obtener imágenes de los cambios dinámicos de las moléculas de calcio en las hojas cuando las presas de los insectos aterrizaron en la hoja y fueron capturadas allí por secreciones pegajosas. En las plantas no carnívoras, la señalización del calcio desempeña muchas funciones vitales para la vida, como activar la vía de defensa del ácido jasmónico para repeler plagas de insectos no deseadas. El ácido jasmónico también responde a la actividad eléctrica, que es un elemento crítico de la captura de presas en algunas plantas carnívoras, incluidas las droseras. Los científicos querían saber si esta misma vía de defensa de las plantas no carnívoras también podría ser necesaria para el comportamiento carnívoro de la drosera.

El equipo descubrió que se requerían cambios en el calcio dentro de la célula de la planta para la activación de genes típicamente atacados por el ácido jasmónico cuando la hoja se doblaba hacia adentro, atrapando al insecto en los jugos digestivos. Los investigadores observaron además que las hojas de la drosera se doblaban menos cuando se les daban presas no vivas y cuando se bloqueaban sus canales de calcio. Estos hallazgos demuestran que el calcio ayuda en las respuestas de captura de presas de insectos y, junto con el trabajo de otros, respalda la idea de que el ácido jasmónico está involucrado en la digestión de los insectos.

"Fue fascinante ver cómo estas plantas responden a la estimulación mecánica asociada con las presas, como el tacto", dice Ivan Radin, coautor y científico investigador de la Universidad de Washington en St. Louis. “La capacidad de sentir y responder a las fuerzas mecánicas es algo que la mayoría de la gente no asocia con las plantas, especialmente en esta rápida escala de tiempo. Nuestro trabajo proporciona una hermosa imagen de este hecho”.

"Los hallazgos muestran que el calcio también está involucrado y probablemente aumenta las respuestas del ácido jasmónico, de manera similar a cómo las plantas no carnívoras responden defensivamente a la estimulación mecánica de las plagas", dice Chory, titular de la Cátedra Howard H. y Maryam R. Newman en Plant Biología. "Esto proporciona más credibilidad a la noción de que el carnivory en sundews puede ser una vía de defensa evolucionada".

A continuación, los investigadores aplicarán técnicas genéticas similares para estudiar otras plantas carnívoras que antes eran demasiado difíciles de examinar. Esperan investigar más a fondo la base molecular de los mecanismos de captura de presas para comprender mejor cómo evolucionó el carnívoro en especies lejanamente relacionadas y ver si los cultivos podrían beneficiarse de la adaptación de sus vías ambientales y de respuesta de insectos existentes para sobrevivir en entornos desafiantes.

Otros autores incluyeron a Charlotte Hou de Salk; así como Ryan Richardson y Elizabeth Haswell de la Universidad de Washington en St. Louis.

Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (5R35GM122604) y una Beca para Becarios de la Facultad del Instituto Médico Howards Hughes-Simons Foundation (55108530).

DOI: 10.1073/pnas