Los nematodos agalladores (Meloidogyne spp.) son parásitos de las raíces muy extendidos que afectan a miles de especies de plantas vasculares. Estos nematodos altamente polífagos participan en interacciones complejas con sus plantas hospedantes, lo que resulta en la formación de estructuras nodulares conocidas como agallas, cuya ontogenia sigue siendo en gran medida desconocida. Los científicos han arrojado luz sobre las capacidades únicas de los parásitos que causan daños por valor de miles de millones de dólares.
Los nematodos agalladores provocan la formación de agallas en las raíces de las plantas, lo cual es una parte clave de su ciclo de vida pero es extremadamente dañino para la planta huésped. Comprender los mecanismos moleculares de esta asociación parasitaria es fundamental para desarrollar estrategias de resistencia eficaces. Dadas las consecuencias económicas y ambientales de las infestaciones de nematodos, existe una necesidad urgente de realizar estudios en profundidad de la reprogramación genética que estos nematodos causan en sus plantas huéspedes.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Tennessee, en colaboración con otros expertos, publicó el estudio en la revista Horticultural Research.
De las más de 100 especies de Meloidogyne descritas hasta la fecha, Megalaima incognita es la especie más extendida y dañina en todo el mundo. Estos nematodos altamente polífagos participan en interacciones complejas con sus plantas hospedantes, lo que resulta en la formación de sitios de alimentación permanentes conocidos como células gigantes para apoyar el desarrollo y la maduración de los nematodos.
Las larvas infecciosas J2 de segunda etapa penetran las raíces de las plantas en la región de la punta de la raíz, migran intercelularmente y seleccionan varias células del cilindro vascular como posibles células alimenticias. Si estas células son compatibles, los J2 infecciosos se vuelven sedentarios y hacen que estas células aumenten de tamaño a través de mitosis repetidas sin citocinesis, formando células gigantes multinucleadas y metabólicamente hiperactivas.
La formación de células gigantes estimula a las células vecinas a dividirse asimétricamente de manera aleatoria, lo que resulta en la formación de inflamaciones parecidas a nódulos llamadas agallas en el sitio de la infección. Los J2 infecciosos se alimentan de células gigantes y mudan en larvas de tercer estadio (J3), larvas de cuarto estadio (J4) y finalmente hembras adultas que ponen cientos de huevos dentro del huevo.
Se cree que la identidad de las agallas y las células gigantes inducidas por nematodos se establece mediante una reprogramación transcripcional específica mediada por una amplia gama de factores de transcripción además de otros reguladores transcripcionales y postranscripcionales.
La programación del transcriptoma inducida por M. incognita en plantas hospedantes se ha documentado en varios estudios, lo que proporciona información interesante sobre la importancia de la señalización de fitohormonas, la supresión de las respuestas de defensa, la organización del citoesqueleto, el transporte de solutos, las modificaciones de la pared celular y la regulación de las vías metabólicas para el parasitismo exitoso de los nematodos. de plantas -los dueños.
Sin embargo, la mayoría de estos estudios de transcriptoma se han realizado utilizando tejidos radiculares completos y, por lo tanto, no tienen la alta resolución necesaria para mejorar nuestra comprensión de las respuestas celulares a la infección por M. incognita y los mecanismos moleculares que subyacen a la formación y el desarrollo de agallas.
En este estudio, los científicos se centraron específicamente en los cambios moleculares en las plantas de tomate causados por la infección por Meloidogyne incognita .
El estudio se centra en las respuestas transcriptómicas y esplicómicas de las plantas, tanto localmente en las agallas como sistémicamente en los tejidos circundantes, proporcionando un análisis exhaustivo de cómo estos nematodos secuestran la maquinaria genética de la planta para crear un entorno favorable para su supervivencia.
El equipo de investigación realizó un análisis exhaustivo de cómo responden las plantas de tomate a nivel molecular a la infestación de nematodos de las raíces. Al estudiar el transcriptoma y el empalme, identificaron una cantidad significativa de genes expresados diferencialmente (DEG) tanto en las agallas como en los tejidos de las raíces adyacentes, lo que revela una red reguladora compleja impulsada por los nematodos.
El estudio encontró que la infección condujo a cambios coordinados en la expresión genética tanto en las agallas como en las células vecinas, destacando el complejo sistema de comunicación intercelular que apoya el desarrollo de los nematodos. Una investigación más profunda de eventos de empalme alternativos reveló cómo la infección por nematodos modula el empalme del pre-ARNm, afectando la función de los genes y la diversidad de proteínas.
La detección utilizando un sistema de raíces peludas transgénicas demostró que estos eventos de empalme desempeñan un papel crítico en la formación de agallas de nematodos y la producción de huevos, arrojando luz sobre los complejos mecanismos moleculares mediante los cuales los nematodos manipulan a sus plantas huéspedes.
El Dr. Tarek Hevezi, autor correspondiente del estudio, explica: “Nuestro estudio ofrece información sin precedentes sobre la reprogramación genética de las plantas de tomate por parte de los nematodos agalladores. Estos resultados no sólo amplían nuestra comprensión de las interacciones entre plantas y plagas, sino que también abren nuevas oportunidades para desarrollar estrategias innovadoras para controlar estas plagas destructivas”.
“Aquí identificamos cambios en el transcriptoma y variantes de empalme alternativas inducidas por Megalaima incognita en agallas y células de la raíz adyacentes en dos etapas diferentes de la infección. M. incognita provocó cambios significativos en el transcriptoma en las raíces de tomate, tanto localmente en las agallas como sistémicamente en las células vecinas. Se encontró una regulación paralela significativa de la expresión genética en las agallas y las células vecinas, lo que sugiere una comunicación intercelular eficiente, ejemplificada por la supresión de las respuestas de defensa basales, especialmente en las primeras etapas de la infección. El análisis del transcriptoma también reveló que M. incognita ejerce un estricto control sobre el proceso general del ciclo celular, lo que resulta en mayores niveles de ploidía en los sitios de alimentación y una actividad mitótica acelerada de las células biliares. El análisis de empalme alternativo reveló que M. incognita moduló significativamente el empalme pre-ARNm, ya que se identificaron un total de 9064 eventos empalmados diferencialmente a partir de 2898 genes donde la retención de intrones y los eventos de omisión de exones se suprimieron significativamente. «Además, se ha validado funcionalmente una serie de eventos empalmados diferencialmente utilizando un sistema transgénico de raíz peluda y se ha descubierto que influyen en la formación de agallas y la producción masiva de huevos de nematodos», explicó.
Las implicaciones de esta investigación son de gran alcance y tienen importantes aplicaciones potenciales en la agricultura. Al comprender los mecanismos genéticos que subyacen a las respuestas de las plantas a la infestación de nematodos, los investigadores pueden desarrollar cultivos que sean más resistentes a estas plagas parásitas. Estos avances podrían conducir a una reducción de las pérdidas de cultivos, una mayor estabilidad de los rendimientos y prácticas agrícolas más sostenibles, lo que en última instancia contribuiría a la seguridad alimentaria y la sostenibilidad agrícola a nivel mundial.
Fuente: Investigación de horticultura
Foto del encabezado: Dmitry Lukyanov,
