Musgos y helechos: El futuro de la protección de cultivos

Los musgos, las hepáticas, los helechos y las algas pueden ofrecer un nuevo y emocionante frente de investigación en el desafío global de proteger los cultivos de la amenaza de las enfermedades.

Estas plantas no floríferas a menudo se consideran poco sofisticadas en comparación con sus parientes floríferos, que incluyen los principales cultivos.

Sin embargo, una nueva investigación realizada por el John Innes Centre ha descubierto que los briófitos no floríferos, y los musgos en particular, contienen un sofisticado repertorio de receptores inmunes.

“A menudo se piensa que los briófitos no vasculares y no floríferos son simples predecesores de las plantas floríferas, pero encontramos que los musgos en particular tienen un conjunto expandido de receptores inmunes que son quizás los más complejos entre las plantas”, dijo el Dr. Phil Carella, líder de grupo en el John Innes Centre y autor del estudio.

Las técnicas biotecnológicas revelaron que los dominios del receptor inmune NLR que protegen a las plantas de los patógenos son transferibles entre plantas floríferas y no floríferas.

El Dr. Carella agregó: “La parte emocionante de este estudio es que la diversidad de inmunidad que se encuentra en las plantas no floríferas como los musgos es transferible, por lo que nos ofrecen una fuente de nuevos genes de resistencia contra patógenos”.

El descubrimiento abre emocionantes nuevas posibilidades para la ingeniería de inmunidad en los principales cultivos, que se enfrentan a una creciente amenaza de patógenos emergentes y en rápida evolución exacerbada por el cambio climático.

Las plantas han desarrollado receptores inmunes de repetición rica en leucina (NLR) para detectar patógenos durante millones de años. Los NLR de las plantas con flores son un tema bien estudiado, pero se sabe mucho menos sobre la forma y la función de los receptores de linajes divergentes de briófitos no floríferos, no vasculares.

Los briófitos se separaron de las plantas floríferas hace más de 500 millones de años, y el conocimiento de sus sistemas inmunológicos es limitado. Utilizando una combinación de herramientas genéticas y computacionales, el equipo se centró en el dominio N-terminal de los receptores inmunes NLR que codifican la base bioquímica de la inmunidad vegetal.

Encontraron que había una notable similitud estructural y funcional entre los dominios de los receptores inmunes en diferentes linajes de plantas, a pesar de que las secuencias genéticas de estos dominios eran muy variables.

Al utilizar técnicas de expresión transitoria, transfirieron genes de receptores inmunes obtenidos de plantas no floríferas como la hepática Marchantia polymorpha a una planta florífera Nicotiana benthamiana, un tipo de tabaco enano.

Diversos dominios de receptores inmunes activaron fuertes respuestas inmunitarias cuando se expresaron transitoriamente en plantas floríferas. Lo contrario también fue cierto, ya que los investigadores encontraron que podían transferir funcionalmente un dominio inmune de plantas floríferas a plantas no floríferas.

El hecho de que estos dominios sean transferibles y funcionen en todos los linajes de plantas es un gran avance en la comprensión y ofrece aplicaciones prácticas para la protección de cultivos.

“Esto significa que podemos usar plantas no floríferas como musgos o hepáticas como fuente de nuevos genes de resistencia contra patógenos de cultivos”, explicó el Dr. Carella. “Demostramos que podemos aprovechar la vasta diversidad evolutiva de los receptores inmunes de todo el reino vegetal. Por lo tanto, nuestro alcance para diseñar la inmunidad es mucho mayor de lo que originalmente pensamos”.

El equipo también está explorando las novedades evolutivas codificadas en los briófitos como fuente de descubrimiento de genes que se pueden utilizar para proteger los cultivos contra las enfermedades.

Los experimentos futuros intentarán identificar las moléculas patógenas que desencadenan la inmunidad en diferentes plantas.

Los investigadores también intentarán comprender cómo los componentes del receptor inmune se unen para activar una respuesta inmune.

La investigación también ofrece una perspectiva biológica, dijo el Dr. Carella: “A menudo se considera que las plantas con flores son la cima de la evolución. Pero nuestro estudio muestra que es probable que haya una complejidad de bioquímicas de receptores inmunes en las plantas no floríferas, lo que podría ofrecer un nuevo reservorio para la inmunidad si podemos transferirlas a los cultivos”.

Los dominios N-terminales de los receptores inmunes NLR exhiben similitudes estructurales y funcionales en diferentes linajes de plantas, aparece en la edición de julio de The Plant Cell.