El mecanismo de defensa de la planta mediado por el no-expresador de genes relacionados con la patogénesis (NPR) en monocotiledóneas (plantas que tienen una sola hoja embrionaria) no está bien documentado.
por la Universidad de Ciencias de Tokio
Ahora, científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio han descubierto cómo la familia de genes NPR regula las respuestas inmunitarias en la monocotiledónea modelo Brachypodium distachyon. Estos hallazgos proporcionan un modelo para los sistemas de defensa de las plantas y podrían contribuir a una mayor investigación sobre especies de cultivos resistentes, impulsando el cultivo de cereales sin pesticidas.
Las plantas se pueden dividir en gran medida en dicotiledóneas y monocotiledóneas. Estos grupos, además de diferir en su estructura embrionaria, tienen muchos otros factores distintivos. Por eso es muy posible que sus respuestas inmunitarias a ciertas amenazas también sean diferentes.
¿Respuestas inmunes en las plantas?
Aunque sus sistemas inmunológicos están estructurados y funcionan de manera muy diferente a la nuestra, las plantas, como los humanos, responden a amenazas externas. Estas respuestas inmunes se han estudiado ampliamente en modelos de dicotiledóneas, pero menos en monocotiledóneas.
Se sabe que la familia de genes relacionados con la no expresión de patogénesis (NPR) controla la señalización defensiva durante un ataque de patógenos. En Arabidopsis thaliana, una dicotiledónea, NPR1 (AtNPR1) sirve como un sitio de unión para el ácido salicílico (SA) e interactúa con el grupo TGA de factores de transcripción (TF), que son responsables de activar o desactivar los genes según sea necesario. . Esto activa genes de defensa, como la proteína relacionada con la patogénesis 1 (PR-1), que finalmente controlan la respuesta inmunológica de la planta.
¿Esto también sucede en las monocotiledóneas? Un equipo de investigación, dirigido por el Prof. Gen-ichiro Arimura de la Universidad de Ciencias de Tokio en Japón, decidió averiguarlo.
Sabían que algunas monocotiledóneas, como el arroz y el trigo, muestran una respuesta inmune mediada por NPR1 similar al enfrentarse a un ataque de patógenos. Sin embargo, el equipo creía que otras monocotiledóneas podrían responder de manera diferente y también quería investigar otras NPR, como AtNPR3/AtNPR4, que podrían tener el efecto opuesto de NPR1. Por lo tanto, el profesor Arimura y sus colegas optaron por investigar la función de NPR y la respuesta inmunitaria en la monocotiledónea modelo Brachypodium distachyon, a menudo conocida como la lenteja de agua del sur.
Su estudio, que se publicó en The Plant Journal , explica cómo los genes NPR en B. distachyon regulan la transcripción de genes de respuesta a la defensa promovida por TGA.
Los investigadores primero identificaron y clonaron secuencias de los genes NPR de la monocotiledónea B. distachyon -BdNPR1, 2 y 3- que eran similares a las secuencias NPR de otras especies de dicotiledóneas, incluida Arabidopsis. En el tratamiento con salicilato de metilo, la expresión de BdNPR2 aumentó significativamente, pero no BdNPR1/BdNPR3, lo que indica su papel positivo en la respuesta de defensa de la planta. Los investigadores también confirmaron que uno de los BdNPR (BdNPR2) activó BdTGA-1 en B. distachyon (al igual que en otras plantas), al observar la expresión génica y las interacciones moleculares en los protoplastos de B. distachyon.
Estos experimentos revelaron que BdTGA1 y BdNPR2 interactuaron entre sí para regular al alza la expresión de PR-1, consolidando así el papel de NPR2 en la respuesta inmunitaria de B. distachyon.
¿Esta respuesta fue mediada por SA? Otra pregunta pertinente, que el equipo respondió creando un gen mutante NPR2. El profesor Arimura señala que «ciertos residuos de aminoácidos, especialmente los de arginina (Arg), son responsables de la unión de SA en los NPR de Arabidopsis. Por lo tanto, a nuestro mutante NPR2 le faltaba un residuo de arginina específico: Arg468».
Este mutante fue menos efectivo que el NPR2 de tipo salvaje normal para aumentar la expresión de PR-1, lo que implica que Arg468 fue fundamental para la unión de SA en NPR2, que, a su vez, regulaba al alza PR-1.
Curiosamente, sus ensayos experimentales también encontraron que BdNPR1 suprimió esta regulación positiva, lo que sugiere su papel como inhibidor inmunológico en B. distachyon.
El Prof. Arimura lo resume todo para nosotros. «Cuando la planta está en un estado saludable, BdNPR1 puede evitar que BdNPR2 active BdTGA1, manteniendo el gen PR1 apagado. Pero cuando la planta es atacada por un patógeno, los niveles de SA aumentan y estimulan la expresión de BdNRP2, que luego cae en cascada y ‘se vuelve’ en el gen PR1».
Sorprendido por lo funcionalmente único que es BdNRP2, el profesor Arimura explica que «las similitudes de secuencia entre NPR2 de B. distachyon y otras plantas no afectan sus funciones, que son claramente diferentes para cada especie de planta».
Pero, ¿cómo se traduce esta investigación genética en aplicaciones de la vida real? Muchos cultivos importantes, como el trigo y el arroz, son monocotiledóneas. Estas plantas , que son susceptibles a patógenos microbianos y plagas, se tratan con pesticidas para evitar daños. Los pesticidas luego causan degradación ambiental. «Este círculo vicioso se puede romper comprendiendo los sistemas de defensa de las monocotiledóneas y abordando su susceptibilidad de una manera más sostenible, con un cultivo sin pesticidas», dice el profesor Arimura, quien espera que esta investigación se utilice para promover la biotecnología vegetal.
