El increíble sistema de autodefensa de las plantas

Los sistemas de defensa de una planta son cooperativos: cuando un sistema falla, otro puede hacerse cargo, al menos en parte. Investigadores del Departamento de Biología de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Noruega (NTNU) han colaborado con colegas del Imperial College London y del Laboratorio Sainsbury para descubrir más sobre cómo las plantas se defienden. Sus resultados han sido publicados en Science Signaling.

Las paredes celulares de una planta funcionan como un esqueleto externo que las protege de las amenazas. Esta estructura es vital y, por lo tanto, las plantas han desarrollado mecanismos que monitorean las paredes celulares y detectan cuándo se están dañando. Cuando una pared celular sufre daños, la planta normalmente intentará minimizar el daño y repararlo. El objetivo es restaurar el estado normal de la planta o su equilibrio.

La planta debe responder de manera diferente según el tipo de amenaza. Inicialmente, la planta no puede discernir si el daño a la pared celular está siendo causado por una sequía o una enfermedad, por ejemplo. Entonces, ¿cómo pueden las plantas identificar el peligro y proporcionar la respuesta correcta?

El profesor asociado Thorsten Hamann en NTNU ha sido fundamental para encontrar la respuesta a esta pregunta. La sequía requiere que la planta ajuste su metabolismo, mientras que la enfermedad requiere que la planta active varias respuestas inmunes“, explica Hamann. Diferentes procesos químicos están involucrados dependiendo de la amenaza. El daño físico a la pared celular exige una solución inmunológica completamente diferente a la enfermedad.

Los investigadores expusieron plantas de Arabidopsis thaliana a varias lesiones para ver cómo reaccionarían las plantas. Esta especie, el berro de Thale, es una planta vascular bastante común en la familia Brassicaceae. Por lo general, es anual, bastante fácil de cultivar, y los 30,000 genes de la especie están completamente mapeados. Por lo tanto, los investigadores utilizan a menudo la especie como organismo modelo para proporcionar información sobre los procesos biológicos. Su esperanza es que los resultados también sean válidos para otras especies.

Las paredes celulares de la planta consisten en proteínas y azúcares variados (carbohidratos) como celulosa, pectina y lignina. Los investigadores atacaron algunas de las plantas con enzimas que descomponen las paredes celulares. A otras plantas se les agregó una sustancia que inhibe la formación de celulosa. Los investigadores luego investigaron las respuestas químicas de las plantas.

Desconectaron 27 genes para observar los efectos. Cinco de los genes eran importantes para mantener el equilibrio de las paredes celulares. Los experimentos proporcionaron una base para identificar múltiples enzimas (quinasas) y proteínas del canal involucradas en los mecanismos de defensa de la planta. Una cantidad de genes están involucrados en la producción de estas sustancias.

El hallazgo más interesante parece ser que dos sistemas de defensa pueden actuar como una especie de copia de seguridad el uno para el otro. “Descubrimos que si bloqueábamos la respuesta inmune de las plantas, los mecanismos que mantienen el equilibrio en las paredes celulares podrían compensar parcialmente este bloqueo. Se convirtieron en una especie de sistema de defensa de reserva“, dice Hamann.

El artículo en Science Signaling proporciona una comprensión considerablemente mejorada de las relaciones en las que las influencias externas desencadenan reacciones específicas en las plantas. “Podemos ver cómo las diferentes influencias físicas desencadenan diferentes respuestas químicas específicas”, dice Hamann. Sabiendo eso, es fácil ver que los humanos pueden influir en las plantas para que reaccionen de ciertas maneras.

Los resultados también tienen una utilidad práctica además de ser una investigación básica interesante. Saber más sobre los diversos mecanismos de defensa en las plantas abre nuevas posibilidades de soluciones que pueden ayudar a las plantas a resistir las diferentes amenazas de manera más efectiva.

Los resultados de los experimentos en arabidopsis podrían jugar un papel importante para la agricultura, como en el cultivo de cepas de arroz y maíz que producen mejores cultivos. Anualmente, se producen más de mil millones de toneladas de maíz y la producción de arroz es de alrededor de 750 millones de toneladas. Muchas personas y animales dependen de estas plantas como una parte central de su dieta. Las grandes poblaciones pueden experimentar un valor especialmente tangible de esta investigación.

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