Un mecanismo de manipulación recientemente descubierto utilizado por bacterias parásitas para retrasar el envejecimiento de las plantas, puede ofrecer nuevas formas de proteger los cultivos alimentarios amenazados por enfermedades. Los parásitos manipulan los organismos de los que viven para satisfacer sus necesidades, a veces de manera drástica. Cuando están bajo el hechizo de un parásito, algunas plantas sufren cambios tan extensos que se las describe como «plantas zombis«. Dejan de reproducirse y sirven sólo como hábitat y hospedadores de los patógenos parásitos. Hasta ahora, ha habido poca comprensión de cómo sucede esto a nivel molecular y mecanicista.
La investigación del grupo Hogenhout en el John Innes Center y colaboradores publicados en Cell, ha identificado una molécula de manipulación producida por la bacteria Phytoplasma para secuestrar el desarrollo de las plantas. Cuando está en el interior de una planta, esta proteína hace que se descompongan los reguladores clave del crecimiento, lo que desencadena un crecimiento anormal.
Este hallazgo ofrece la posibilidad de ajustar sólo dos aminoácidos en los cultivos utilizando tecnologías de edición de genes, para proporcionar una resistencia duradera a los fitoplasmas y evitar que estas plantas se conviertan en plantas zombis
Las bacterias del fitoplasma pertenecen a un grupo de microbios que son conocidos por su capacidad para reprogramar el desarrollo de sus plantas huésped. Este grupo de bacterias a menudo es responsable de las ‘escobas de bruja’ que se ven en los árboles, donde un número excesivo de ramas crecen juntas. Estas excrecencias tupidas son el resultado de que la planta está atrapada en un estado vegetativo «zombi», incapaz de reproducirse y, por lo tanto, progresa a un estado «eternamente joven».
Las bacterias del fitoplasma también pueden causar enfermedades devastadoras en los cultivos, como el Amarillo Aster, que causa pérdidas significativas de rendimiento en cultivos de granos y hojas como lechuga, zanahoria y cereales.
La profesora Saskia Hogenhout, autora del estudio, comenta que “los fitoplasmas son un ejemplo espectacular de cómo el alcance de los genes puede extenderse más allá de los organismos para impactar los entornos circundantes. Nuestros hallazgos arrojan nueva luz sobre un mecanismo molecular detrás de este fenotipo extendido de una manera que podría ayudar a resolver un problema importante para la producción de alimentos. Destacamos una estrategia prometedora para diseñar plantas para lograr un nivel de resistencia duradera de los cultivos a los fitoplasmas«.
Se desencadena el crecimiento de múltiples brotes y tejidos vegetativos y se detiene el envejecimiento de la planta
Los nuevos hallazgos muestran cómo la proteína bacteriana conocida como SAP05 manipula las plantas aprovechando parte de la propia maquinaria molecular del huésped. Esta maquinaria, llamada proteasoma, generalmente descompone las proteínas que ya no se necesitan dentro de las células vegetales. SAP05 secuestra este proceso, lo que hace que las proteínas vegetales que son importantes para regular el crecimiento y el desarrollo sean arrojadas de manera efectiva a un centro de reciclaje molecular.
Sin estas proteínas, el desarrollo de la planta se reprograma para favorecer a las bacterias, lo que desencadena el crecimiento de múltiples brotes y tejidos vegetativos y detiene el envejecimiento de la planta. A través de experimentos genéticos y bioquímicos en la planta modelo Arabidopsis thaliana, el equipo descubrió en detalle el papel de SAP05.
Curiosamente, SAP05 se une directamente tanto a las proteínas de desarrollo vegetal como al proteasoma. La unión directa es una forma recién descubierta de degradar proteínas. Por lo general, las proteínas que son degradadas por el proteasoma se etiquetan con una molécula llamada ubiquitina de antemano, pero este no es el caso aquí.
¿Afecta a los insectos que se relacionan con las plantas?
Las proteínas del desarrollo de las plantas a las que se dirige SAP05 son similares a las proteínas que también se encuentran en los animales. El equipo tenía curiosidad por ver si SAP05, por lo tanto, también afecta a los insectos que transportan la bacteria de una planta a otra. Descubrieron que la estructura de estas proteínas del huésped en los animales difiere lo suficiente como para que no interactúen con SAP05 y, por lo tanto, no afecte a los insectos.
Sin embargo, esta investigación permitió al equipo identificar los únicos dos aminoácidos en la unidad de proteasoma que se necesitan para interactuar con SAP05. Su investigación mostró que, si las proteínas vegetales se cambian para tener los dos aminoácidos que se encuentran en la proteína del insecto, SAP05 ya no las degrada, lo que evita el crecimiento anormal de la ‘escoba de bruja’.
Este hallazgo ofrece la posibilidad de ajustar sólo estos dos aminoácidos en los cultivos, por ejemplo, utilizando tecnologías de edición de genes, para proporcionar una resistencia duradera a los fitoplasmas y los efectos de SAP05.
“La modulación parasitaria del desarrollo del hospedador por degradación de proteínas independientes de la ubiquitina”, aparece en la revista Cell.
