¿Podrá esta innovación biotecnológica detener el avance destructivo de un «asesino de cereales»?
«Hemos descubierto algo que podría dar lugar a una posible intervención contra la que es la peor enfermedad fúngica de los cereales».
Una colaboración de investigación liderada por el Reino Unido ha dado un paso importante en el esfuerzo global por proteger los cultivos de cereales del devastador hongo patógeno causante de la roya.
Investigadores del John Innes Centre han estudiado una clase de receptores de defensa vegetal descubierta recientemente, demostrando a nivel molecular cómo funcionan para limitar los ataques del hongo causante de la roya y cómo podrían modificarse genéticamente para dotar al trigo, la cebada y el arroz de una inmunidad más amplia y duradera.
«Hemos descubierto algo que podría conducir a una posible intervención contra la que es la peor enfermedad fúngica de los cereales», afirmó el profesor Mark Banfield, jefe de grupo en el John Innes Centre y autor del estudio, que se llevó a cabo en colaboración con investigadores de la Universidad de Kobe (Japón).
El hongo causante del tizón, Magnaporthe oryzae, es la enfermedad más grave del arroz cultivado y se ha extendido al trigo y la cebada en algunas zonas de Asia y África, lo que significa que es esencial encontrar soluciones innovadoras para prevenirla en aras de la seguridad alimentaria mundial.
Para infectar a las plantas, patógenos como Magnaporthe oryzae introducen efectores en las células de las hojas y los tallos con el fin de manipular al huésped y favorecer la enfermedad.
Las plantas cuentan con receptores que reconocen a los efectores como moléculas extrañas y desencadenan una respuesta inmunitaria que inicia la muerte celular localizada para limitar la propagación intracelular del patógeno por toda la planta.
Durante más de 30 años, un considerable volumen de investigación se ha centrado en una clase de receptores inmunitarios denominados receptores de unión a nucleótidos y ricos en leucina (NLR), que han estado a la vanguardia de nuestra comprensión de la respuesta inmunitaria de las plantas al tizón y otras enfermedades.
En los últimos años, los estudios se han centrado cada vez más en una nueva clase de receptores inmunitarios intracelulares descubiertos en los cereales, denominados proteínas quinasa en tándem (TKP).
Investigaciones previas han demostrado que las TKP pueden contener un dominio integrado asociado a metales pesados (HMA), una característica que también se observa en algunos receptores NLR y que ha demostrado ser importante para el reconocimiento de efectores y la activación de una respuesta inmunitaria.
«Esto despertó nuestro interés», afirmó el profesor Banfield. «Si logramos modificar genéticamente estos dominios HMA integrados para conferirles nuevas propiedades mediante cambios en los aminoácidos de la proteína en los puntos de unión de los efectores, podremos obtener lo que denominamos nuevas especificidades de reconocimiento —y, potencialmente, una nueva primera línea de defensa de las plantas contra las enfermedades».
En este estudio, publicado en *Science Advances*, el grupo utilizó análisis biofísicos y cristalografía para revelar, en alta resolución, la interacción estructural entre los dominios HMA y los efectores del patógeno de la roya.
Demuestran cómo los dominios HMA desempeñan un papel fundamental en los TKP al actuar como cebos biológicos para atraer a los efectores patógenos.
A partir de este conocimiento estructural, lograron modificar genéticamente los receptores inmunitarios TKP para que tuvieran una doble especificidad: la unión a efectores asociados a la infección tanto del trigo como de la cebada, algo que no ocurre con frecuencia en la naturaleza.
Al demostrar que los TKP se prestan a enfoques de bioingeniería, el estudio allana el camino para futuras investigaciones sobre numerosos TKP descubiertos recientemente en diversos cultivos de cereales, con el potencial de diseñar a medida nuevos receptores de resistencia a enfermedades que respondan a múltiples efectores simultáneamente.
Estos experimentos de prueba de principio utilizaron protoplastos, células individuales de trigo, como sustitutos del tejido vegetal completo. La siguiente etapa para este grupo consiste en trasladar estos hallazgos de los ensayos con sustitutos a plantas de invernadero.
«Nuestro estudio indica que esta nueva clase de proteínas de resistencia se presta a fines de ingeniería. Ahora sabemos que las herramientas que utilizábamos anteriormente para la ingeniería de receptores NLR también pueden funcionar con esta nueva clase», afirmó el Dr. Daniel Yu, primer autor del estudio.
La comprensión fundamental de la unión entre efector y receptor podría ampliarse mediante otras tecnologías, como el mejora genética de precisión y los enfoques de inteligencia artificial, que pueden ayudar a introducir nueva especificidad en los dominios HMA mediante bioingeniería.
«Creemos que estas dos clases de receptores inmunitarios, los NLR y los TKP, probablemente se activan de formas diferentes», señaló el profesor Banfield. «Esto ofrece la posibilidad de lograr una inmunidad más robusta en el campo, ya que no se pone todo el huevo en la misma cesta». Más adelante, quizá podamos utilizar técnicas para combinar genes que codifican TKP y NLR contra la misma enfermedad, creando así un cultivo superresistente. Tendrán diferentes formas de activar la inmunidad, por lo que es probable que a un patógeno le resulte más difícil desarrollar resistencias», añadió.
Cada año, la roya del arroz destruye una cantidad de arroz suficiente para alimentar a 60 millones de personas. En el trigo, el hongo causante de la roya se descubrió por primera vez en Brasil en la década de 1980 y, desde entonces, se ha extendido a Asia y África. No está presente en el Reino Unido, pero el cambio climático hace que, con el tiempo, pueda suponer una amenaza para la producción de cereales en el norte de Europa.
La ingeniería de receptores inmunitarios de cinasa tándem en plantas amplía los perfiles de reconocimiento de los efectores, según un artículo publicado en *Science Advances*
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
