Un gen de hace 28 millones de años protege a las plantas modernas de las orugas


Los mecanismos de defensa que usan las plantas para reconocer y responder a una plaga común, la oruga, surgieron de un solo gen que evolucionó durante millones de años, según un informe publicado hoy en eLife .


por eLife


El estudio encuentra que algunas plantas, como la soja, han perdido este gen protector con el tiempo, y sugiere que el cultivo de plantas o la ingeniería genética para reintroducir el gen podrían proteger contra la pérdida de cosechas.

El estado de salud de una planta depende del sistema inmunológico que hereda. En las plantas, esto significa heredar ciertos tipos de receptores de reconocimiento de patrones que pueden reconocer varios patógenos y péptidos herbívoros y desencadenar una respuesta inmunitaria adecuada.

«Heredar los tipos correctos de receptores de reconocimiento de patrones puede permitir que las plantas reconozcan amenazas y se enfrenten a enfermedades y plagas», explica el autor principal Simon Snoeck, investigador postdoctoral en el Departamento de Biología de la Universidad de Washington, EE. UU. «Aunque conocemos muchas moléculas derivadas de plagas que activan las respuestas inmunitarias en las plantas, nuestro conocimiento de cómo evolucionaron las plantas para detectar nuevas amenazas es limitado».

Para abordar esta brecha, el equipo se dispuso a definir los eventos evolutivos clave que permitieron que las plantas respondieran a una amenaza común: la oruga. Ya se sabía que las especies en un grupo de leguminosas, incluidos los frijoles mungo y los guisantes de carita, pueden responder de manera única a los péptidos producidos por la boca de las orugas cuando mastican las hojas de las plantas.

Et gen fra 28 millioner år siden beskytter moderne planter mod larverCrédito: eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.81050

Entonces, analizaron en profundidad los genomas de este grupo de plantas para ver si un receptor de reconocimiento de patrones común llamado receptor de inceptina (INR) había cambiado durante millones de años a medida que ganaban o perdían la capacidad de reconocer orugas.

Descubrieron que un solo gen receptor de 28 millones de años coincide perfectamente con la respuesta inmune de la planta a los péptidos de la oruga. También encontraron que entre los descendientes de los ancestros de plantas más antiguos que primero desarrollaron el gen del receptor, algunas especies que no podían responder a los péptidos de la oruga habían perdido el gen.

Para comprender cómo este gen antiguo obtuvo la capacidad de reconocer nuevos péptidos de los patógenos actuales, el equipo utilizó una técnica llamada reconstrucción de secuencias ancestrales, en la que combinaron información de todos los genes receptores modernos para predecir la secuencia original de 28 millones de años. Este receptor ancestral fue capaz de responder a los péptidos larvarios. Sin embargo, una versión un poco más antigua con 16 cambios de secuencia del receptor no pudo.

Esta historia genética, junto con los modelos informáticos que muestran cómo las estructuras de los receptores antiguos y actuales pueden haber diferido, proporcionan pistas sobre cómo evolucionó el receptor. Sugiere que hubo una inserción clave de un nuevo gen en el genoma de la planta ancestral hace más de 32 millones de años, seguida de una rápida evolución de diferentes formas del nuevo receptor. Una de estas formas adquirió la capacidad de responder a los péptidos larvarios, y esta nueva capacidad ahora la comparten docenas de descendientes de leguminosas.

«Hemos identificado la aparición y la pérdida secundaria de un rasgo de inmunidad importante en la evolución de las plantas», concluye el autor principal Adam Steinbrenner, profesor asistente en el Departamento de Biología de la Universidad de Washington.

«En el futuro, esperamos aprender más sobre los procesos a nivel del genoma que generan una nueva diversidad de receptores e identifican receptores inmunitarios aún desconocidos dentro de los grupos de plantas. A medida que haya más datos genómicos disponibles, estos enfoques identificarán los receptores ‘faltantes’ que son rasgos útiles para reintroducir en las plantas para ayudar a proteger los cultivos».

Más información: Simon Snoeck et al., Ganancia y pérdida evolutivas de un receptor de reconocimiento de patrones de plantas para el reconocimiento de HAMP, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.81050



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