Cómo refuerza el maíz sus defensas contra los herbívoros
Las plantas han desarrollado muchas formas de protegerse de los herbívoros. Las defensas estructurales, como las púas, dificultan la alimentación de los herbívoros, al igual que la liberación de compuestos químicos únicos, como la capsiacina, la sustancia química que hace picante al chile. Pero el sistema inmunitario de una planta puede ser su mejor defensa. Muchas plantas detectan el peligro reconociendo las moléculas liberadas por un herbívoro atacante o por las propias plantas dañadas,las cuales inician un cambio en la estructura de la planta o producen metabolitos que son tóxicos para los herbívoros o que atraen a sus enemigos, siguiendo la estrategia de «el enemigo de mi enemigo es mi amigo». «Pero no sabemos si las plantas combinan e integran distintos tipos de señales para reforzar sus defensas y, en caso afirmativo, cómo lo hacen», añade Matthias Erb, de la Universidad de Berna, entidad anfitriona y coordinadora del proyecto InteCue, financiado con fondos europeos. El equipo de InteCue empleó la genética, la biología molecular, la bioquímica y la ecología química para investigar si las plantas combinan señales de peligro transmitidas por el aire (volátiles) con señales peptídicas internas para reforzar sus defensas.
Comprobar la hipótesis de integración de señales
Según Lei Wang, beneficiario de una beca de investigación individual Marie Skłodowska-Curie, la señalización de defensa de las plantas ha sido estudiada sobre todo por genetistas y bioquímicos, mientras que las interacciones entre plantas y herbívoros relacionadas con las señales volátiles han sido dominio de los ecólogos químicos. «Esto ha dado lugar a que el mecanismo molecular que determina la señalización volátil de las plantas permanezca en gran medida inexplorado», explica Wang. En InteCue se comenzó estudiando la señalización de la sistemina en los tomates. La sistemina es un péptido pequeño que se produce en los tomates en respuesta al ataque de los insectos. El equipo había descubierto previamente que induce una defensa antiherbívora a través de dos proteínas receptoras de la superficie celular: SYR1 y SYR2. Sus mecanismos reguladores bien conocidos hacen de la sistemina una candidata excelente para el estudio de la integración de señales, complementada por una rica colección de recursos genéticos.
Del tomate al maíz
Primero, el equipo utilizó la tecnología de edición genética CRISPR para conocer mejor cómo se regula el flujo de señales, antes de comprobar si diferentes señales volátiles o sisteminas aumentaban la emisión de las propias sustancias químicas defensivas de las plantas. «A pesar de las publicaciones que muestran un efecto positivo, encontramos pocas pruebas de ello en los tomates, al menos en el periodo que examinamos: dieciséis horas después del tratamiento», dice Wang. El equipo pasó entonces al maíz, lo que les llevó a su descubrimiento clave: las hojas jóvenes de maíz actúan como una «nariz» y son capaces de «oler» las señales volátiles del estrés, mientras que las hojas maduras se centran en la defensa química, desencadenada por el pequeño péptido ZmPep3. «Es fascinante que las hojas puedan especializarse de este modo para detectar las señales de peligro clave de un ataque», añade Erb. Aunque aún es pronto, ya que se está llevando a cabo un análisis preliminar de los datos, el equipo encontró posibles pruebas de la capacidad del maíz para integrar señales volátiles y peptídicas para generar una defensa más fuerte.
Cultivos más inteligentes para una agricultura más sostenible
Los descubrimientos del equipo de InteCue podrían contribuir con el tiempo a estrategias de mejora adaptadas que produzcan cultivos con mayor resistencia a las plagas para una agricultura más sostenible. «Los genes del maíz que estamos caracterizando ahora podrían constituir algún día una diana para la ingeniería genética, lo que posibilitaría crear cultivares con alta sensibilidad a las señales volátiles, haciéndolos más resistentes a los herbívoros», concluye Erb. En la actualidad, el equipo está buscando la proteína del maíz que proporciona la función de «nariz», al tiempo que trabaja para dilucidar toda la ruta molecular desde la detección de señales volátiles hasta la producción de los compuestos defensivos. También pretende localizar la proteína que forma el eje que combina la señalización volátil y peptídica.
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