Los investigadores han descubierto un nuevo mecanismo inmunológico mediante el cual las quinasas tándem combaten la invasión de patógenos: una proteína NLR atípica, WTN1 (Wheat Tandem NBD 1), se asocia con la quinasa tándem WTK3 para detectar efectores patógenos e iniciar respuestas inmunes, confiriendo así resistencia a múltiples enfermedades fúngicas en el trigo.
por Chen Na, Academia China de Ciencias
El equipo de inmunidad vegetal dirigido por el profesor Liu Zhiyong del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia China de Ciencias, junto con colaboradores de la Universidad Normal de Nanjing, el Laboratorio Nacional Yazhouwan y el Laboratorio Xianghu, han publicado su investigación en la revista Science .
Este trabajo avanza significativamente en la comprensión de la funcionalidad de las quinasas en tándem , establece un nuevo paradigma para la cooperación entre las quinasas en tándem y NLR en la resistencia a las enfermedades, aborda una brecha crítica en las vías de regulación inmunitaria de las quinasas en tándem y proporciona una base teórica y práctica sólida para la ingeniería precisa de variedades de cultivos con resistencia de amplio espectro y a múltiples patógenos.
Las proteínas quinasas en tándem (TKP) representan una clase de proteínas resistentes a enfermedades recientemente descubierta en el trigo y la cebada. Caracterizadas por dos o más dominios quinasas dispuestos en tándem, estas proteínas confieren resistencia a diversos patógenos fúngicos , como la roya lineal, la roya de la hoja, la roya del tallo, el mildiú polvoroso, el tizón del trigo y el carbón, lo que las hace muy valiosas para aplicaciones de mejoramiento genético.
Anteriormente, el grupo de investigación de inmunidad vegetal dirigido por Liu en IGDB clonó con éxito los genes de resistencia al mildiú polvoroso de amplio espectro Pm24 (WTK3) y Pm36 (WTK7-TM), que codifican nuevas quinasas en tándem derivadas de razas autóctonas de trigo chino y trigo emmer silvestre, respectivamente.
A pesar de estos avances, aún quedan preguntas científicas clave sin respuesta con respecto a estas nuevas proteínas de resistencia, como los mecanismos por los cuales las quinasas tándem reconocen los efectores de patógenos (Avr), los roles funcionales de sus distintos dominios quinasos en la inmunidad de los cultivos y las vías inmunes específicas a través de las cuales las quinasas tándem activan respuestas de resistencia a las enfermedades.
Mediante el análisis de mutantes susceptibles del gen de resistencia al oídio Pm24 (WTK3) inducido por EMS, el equipo de investigación identificó WTN1, un componente fundamental de la vía de resistencia a enfermedades mediada por WTK3. WTN1, una proteína NLR atípica, está estrechamente ligada a WTK3.
Los análisis genéticos demostraron que WTN1 es indispensable para la inmunidad mediada por WTK3 contra el mildiú polvoroso del trigo. El par WTK3-WTN1 activa la respuesta inmunitaria mediante un modelo cooperativo sensor-ejecutor. Cabe destacar que WTK3 no solo confiere resistencia al mildiú polvoroso del trigo, sino que también reconoce al efector del tizón del trigo PWT4, lo que desencadena la respuesta inmunitaria y presenta una posible resistencia al tizón del trigo.
Al emplear un enfoque multidisciplinario (que incluye inmunología vegetal, ensayos bioquímicos, experimentos electrofisiológicos y análisis evolutivo), el equipo descubrió una relación estrechamente coordinada entre WTK3 y WTN1, que permite al trigo combatir la invasión de patógenos.
Específicamente, WTK3 presenta dos módulos funcionales críticos: el primer módulo, que comprende el fragmento de pseudo-quinasa (PKF) y el primer dominio de quinasa (quinasa I), es responsable de reconocer los efectores patógenos, mientras que el segundo dominio de quinasa (quinasa II) interactúa con la proteína NLR WTN1, formando un «equipo de defensa» robusto.
Al detectar la invasión de patógenos, el complejo WTK3-WTN1 se activa rápidamente, formando un canal iónico que facilita la entrada de iones de calcio (Ca²⁺), induciendo así respuestas de hipersensibilidad y muerte celular programada.
Cabe destacar que investigaciones previas han establecido que Pm24 (WTK3) es un recurso genético único derivado de variedades autóctonas de trigo chino. Tras años de retrocruzamiento y mejoramiento asistido por marcadores, el equipo introdujo con éxito Pm24 en múltiples variedades de trigo de alto rendimiento, y los germoplasmas resistentes a enfermedades recientemente desarrollados se han distribuido gratuitamente a instituciones nacionales para su aplicación en el mejoramiento.
Se espera que estos hallazgos aborden la escasez de genes de resistencia al mildiú polvoroso de amplio espectro en las principales regiones productoras de trigo de China, establezcan una posible barrera genética contra el tizón del trigo y brinden apoyo teórico y técnico esencial para el desarrollo agrícola sustentable y la modernización industrial.
Más información: Ping Lu et al., Un par de quinasas en tándem y NLR del trigo confiere resistencia a múltiples patógenos fúngicos, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp5469
