Cómo combaten las plantas los patógenos desde dentro hacia fuera
Las infecciones fúngicas y bacterianas destruyen hasta el 40 % de los cultivos cada año y, desde hace generaciones, los agricultores han protegido sus cultivos mediante la aplicación de plaguicidas químicos. Estos agentes contribuyen a la seguridad alimentaria, pero al actuar de forma indiscriminada, resultan perjudiciales para el medio ambiente en general. En consecuencia, la estrategia «De la Granja a la Mesa»(se abrirá en una nueva ventana), uno de los pilares fundamentales del Pacto Verde Europeo, tiene como objetivo reducir el uso de plaguicidas en un 50 % para 2030. Abandonar el uso de plaguicidas requiere un enfoque totalmente nuevo para garantizar la resiliencia de los cultivos. El proyecto ImmunoZoneHubs, financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana) (MSCA, por sus siglas en inglés), estudió las estrategias innatas que ya poseen las plantas para combatir las infecciones.
Estrategias tecnológicas aplicadas a «Arabidopsis thaliana»
Originaria de Europa y perteneciente a la familia de la col, la especie «Arabidopsis thaliana»(se abrirá en una nueva ventana) se utiliza ampliamente para investigar la biología celular de las plantas. «Arabidopsis» es un organismo modelo porque es fácil de cultivar, tiene un ciclo de vida rápido y un genoma pequeño. Para comprender las respuestas inmunitarias que tienen lugar en las células de «Arabidopsis», los investigadores del proyecto aplicaron técnicas de bioquímica, biología celular y genética molecular, así como herramientas computacionales. Estas estrategias permitieron comprender los mecanismos subyacentes que permiten a las plantas identificar y combatir las infecciones.
Mecanismos que rigen la muerte celular relacionada con la inmunidad
La respuesta inmunitaria en las plantas, al igual que en los animales, requiere que las células reconozcan a un patógeno y lo destruyan. Este proceso se basa en la muerte programada de las células infectadas, así como de aquellas que se han reestructurado en respuesta al patógeno y se encuentran en estado de máxima alerta inmunológica. Los investigadores descubrieron que, cuando se activa el sistema inmunitario, la proteasa metacaspasa (MC1)(se abrirá en una nueva ventana) cambia de ubicación dentro de la célula e interactúa con componentes clave del sistema inmunitario, amplificando de forma eficaz la señalización de la inmunidad celular. Sin embargo, estas células pueden desencadenar una respuesta autoinmune si no se controlan. Tal y como explica Laia Armengot, beneficiaria de una beca MSCA: «Estos centros macromoleculares de MC1 son posteriormente atacados y degradados por el mecanismo de reciclaje interno de la planta, la autofagia. Eso revela un “interruptor de apagado” homeostático que desactiva el desencadenante de la muerte celular una vez que la amenaza ha sido contenida». Los genes marcadores también desempeñan un papel crucial al determinar la muerte celular relacionada con la inmunidad. «Un resultado clave del proyecto es la caracterización funcional de un gen marcador que sirve como indicador fiable del compromiso de suicidio celular, revelando nuevas actividades enzimáticas y funciones subcelulares que regulan las decisiones de vida o muerte de las células ante estrés ambiental, como el ataque de patógenos», explica Armengot.
Potencial para su aplicación en la agricultura
Cuando se comprendan las acciones de los genes marcadores y los centros de MC1 tanto en los cultivos agrícolas como en las plantas modelo, los descubrimientos del proyecto tendrán el potencial de transformar la producción alimentaria en Europa. «Al comprender cómo las plantas restringen de forma natural las zonas de muerte celular y desactivan las cascadas inmunitarias —señala Armengot—, los fitomejoradores pueden diseñar cultivos “más inteligentes”, modificados genéticamente con resistencia incorporada que detengan las infecciones a la vez que minimizan el daño colateral en los tejidos y la pérdida de rendimiento». Los mecanismos de respuesta inmunitaria descubiertos por ImmunoZoneHubs son universales y no específicos de ningún patógeno en particular. Además de explicar la respuesta de una planta ante amenazas fúngicas o bacterianas, estos mecanismos también pueden ayudar a los científicos a comprender la respuesta de un organismo ante otros factores de estrés ambiental, como el calor o la sequía. Gracias a una amplia gama de estrategias basadas en la tecnología, el proyecto ha puesto al alcance de la mano los objetivos de la estrategia «De la Granja a la Mesa».
