La inmunidad vegetal requiere la detección de invasores en dos pasos

Los receptores intracelulares y de la superficie celular de las plantas trabajan juntos para activar una fuerte defensa contra patógenos bacterianos.

Las plantas perciben patógenos y activan la inmunidad utilizando dos tipos de receptores muy diferentes. Los receptores en la superficie celular detectan moléculas derivadas de patógenos que se acumulan fuera de las células vegetales, activando la inmunidad activada por patrones (PTI). La PTI es suprimida por proteínas efectoras derivadas de patógenos, que se inyectan en las células huésped para permitir el crecimiento del patógeno, pero estos efectores pueden ser detectados por receptores intracelulares, lo que da como resultado una inmunidad activada por efectores (ETI). Hasta ahora, no estaba claro cómo interactúan los mecanismos de defensa activados por estos dos mecanismos de percepción distintos.

El desafío ha sido estudiar ETI sin activar PTI por el patógeno. Los científicos del Laboratorio Sainsbury pudieron hacer su gran avance mediante la ingeniería de la planta modelo Arabidopsis thaliana para que pudieran usar una sustancia química para iniciar la producción de proteínas efectoras bacterianas reconocidas dentro de las células vegetales para activar ETI sin PTI.

Las plantas «gritan» cuando son atacadas, vídeo.

El estudiante de doctorado Bruno Pok Man Ngou, el profesor Jonathan Jones y el resto del equipo encontraron que ningún sistema inmunológico por sí solo es suficiente para proporcionar resistencia a la bacteria patógena de plantas Pseudomonas syringae . Sin embargo, cuando ambos se activan juntos, el patógeno se frustra. Descubrieron que la ETI mejora la PTI y la ETI mejora la PTI. En particular, la detección de efectores por receptores intracelulares eleva en gran medida la abundancia de muchos de los componentes de señalización clave implicados en la activación de la defensa de la planta tras la detección de patógenos por receptores de superficie. Esto repone su abundancia después de su atenuación por los mecanismos de supresión de defensa del patógeno.

Estos hallazgos fueron corroborados por investigadores de la Academia de Ciencias de China que utilizaron un enfoque diferente pero complementario. Utilizaron una versión modificada de A. thaliana sin receptores de superficie funcionales. Por lo tanto, estas plantas solo podrían montar ETI cuando se enfrentaron al patógeno.

Estos descubrimientos refuerzan la justificación para desarrollar plantas resistentes a enfermedades con varios genes de resistencia para permitir la percepción de varios efectores. Tal apilamiento de genes no solo hace que una planta sea resistente a una gama más amplia de variantes de patógenos, sino que también aumenta la intensidad de la respuesta inmune a un patógeno con varios efectores reconocidos. Esta investigación ha respondido a una pregunta fundamental en fitopatología que ayudará en el desarrollo de cultivos resistentes a enfermedades más duraderos. Es importante destacar que estos cultivos requerirán menos insumos, como tratamientos químicos, lo que beneficiará a nuestro medio ambiente.

Arriba a la izquierda: los experimentos de control sin receptores inmunes activados no muestran respuesta. 
Abajo a la izquierda: cuando solo se activan los receptores inmunes de la superficie celular, no hay una respuesta visible. 
Arriba a la derecha: cuando solo se activan los receptores inmunitarios intracelulares, no hay una respuesta visible. 
Abajo a la derecha: cuando se activan tanto los receptores de la superficie celular como los intracelulares, hay una respuesta inmune robusta que conduce a la muerte celular autosacrificable local que evita que el patógeno crezca y luego se propague a otras hojas y plantas.

El profesor Jonathan Jones dijo: “Ha sido un privilegio trabajar con un maravilloso equipo de coautores en este importante proyecto. Desde que distinguimos la defensa activada por los receptores de superficie celular y por los receptores intracelulares (PTI y ETI) hace 15 años, las preguntas sobre cómo interactúan estas defensas y qué hace la ETI en ausencia de PTI, han permanecido abiertas. Estos dos artículos constituyen un paso importante hacia la integración de nuestra comprensión de cómo y por qué estos dos componentes son necesarios para la resistencia a las enfermedades de las plantas ”.

Bruno Pok Man Ngou, uno de los investigadores principales, dijo: “Inicialmente, el sistema efector inducible se generó para estudiar ETI sin interferencia de PTI. Pero lo que vimos al principio no tenía sentido porque ETI por sí sola no parecía hacer mucho. Luego, volvimos a introducir PTI en el sistema y, de repente, todo quedó claro. Discutir datos inesperados y probar nuevas hipótesis con el equipo han sido mis partes favoritas de este proyecto. Creo que es genial que otro equipo de investigación llegara a la misma conclusión con un enfoque diferente «.

Este estudio, «Potenciación mutua de la inmunidad vegetal por los receptores intracelulares y de la superficie celular», aparece en Nature.

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03315-7

CITACIÓN

Ngou, B.P.M., Ahn, H.K., Ding, P. and Jones, J.D., 2021. Mutual potentiation of plant immunity by cell-surface and intracellular receptors. Nature. 10 March 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-03315-7.

Fuente: TSL.

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