Todas las plantas median sus interacciones ambientales a través de señales químicas. Un ejemplo es el alcaloide gramina producido por la cebada, uno de los cereales más cultivados en el mundo.
por el Instituto Leibniz de Genética Vegetal e Investigación de Plantas Cultivadas
La gramina brinda protección contra insectos herbívoros y animales que pastan e inhibe el crecimiento de otras plantas. A pesar del interés de larga data, el gen clave para la formación de gramina seguía siendo difícil de alcanzar.
Los investigadores descubrieron un grupo de dos genes en la cebada para la biosíntesis de gramina. El primer gen (HvNMT) ya se descubrió hace 18 años. En su estudio, los investigadores del IPK y de la Universidad Leibniz de Hannover identificaron un segundo gen (AMI sintasa, HvAMIS) y descubrieron que ambos genes se encuentran uno cerca del otro en el mismo cromosoma. Con este descubrimiento, la vía de biosíntesis de la gramina está ahora completamente aclarada. Los hallazgos se publican en la revista Science .
«Descubrimos que AMIS es una enzima oxidasa que lleva a cabo una reordenación oxidativa críptica inusual del triptófano, lo que nos permite revisar la propuesta biosintética anterior de los años 60», dice el Dr. John D’Auria, jefe del grupo de investigación Diversidad Metabólica del IPK.
El Prof. Dr. Jakob Franke, jefe del grupo de Bioquímica de Metabolitos Especializados en Plantas de la Universidad Leibniz de Hannover, añade: «Nos sorprendió mucho el mecanismo enzimático hasta ahora desconocido mediante el cual se forma la gramina. Al mismo tiempo, ahora tenemos la posibilidad de producir alcaloides biológicamente activos con métodos biotecnológicos sostenibles.»
El equipo de investigación pudo producir gramina en levaduras y plantas modelo (Nicotiana benthamiana, Arabidopsis).
«A diferencia de muchos otros metabolitos protectores de las plantas, la producción de gramina requiere sólo dos genes. Por lo tanto, utilizar nuestros hallazgos para aplicaciones prácticas es relativamente sencillo», dijo Ling Chuang de la Universidad Leibniz de Hannover, uno de los primeros autores.
«Además, la ingeniería genética de la cebada nos permitió producir gramíneas en una variedad de cebada que no la produce y eliminar la producción de gramíneas en una variedad de cebada que la produce mediante la edición del genoma», explica la otra primera autora, Sara Leite Dias.
«Los resultados sientan las bases para producir gramina en organismos sin la capacidad nativa de sintetizarla para fines tales como un agente fitosanitario natural, o para eliminar la gramina de la cebada y otras gramíneas para reducir la toxicidad hacia los rumiantes», dice el Dr. John D’ Auriá.
«Nuestros hallazgos sientan las bases para mejorar la cebada para aumentar su resistencia a las plagas, reducir su toxicidad para los rumiantes y contribuir al manejo sostenible de las malezas».
Más información: Sara Leite Dias et al, Biosíntesis del alcaloide alelopático gramina en cebada mediante un reordenamiento oxidativo críptico, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk6112 . www.science.org/doi/10.1126/science.adk6112
