Conociendo cómo se defienden las plantas

Me gustaría comenzar este artículo de divulgación agradeciendo a  Hablando de Ciencia la oportunidad que me brindan de empezar a colaborar en su blog. Siempre he sido de la opinión de que la divulgación, es decir, la transmisión de conocimiento científico a la sociedad en general según se va avanzando en los distintos temas es una de las últimas piezas (una muy importante) en eso que llamamos investigación, y HdC me parece un medio muy válido para esta transmisión. Por supuesto, también me gustaría agradecer el tiempo que todo lector tenga a bien dedicar a estas líneas. A modo de presentación, escribiré someramente acerca de mi actual línea de investigación, que no es otra que el análisis de la defensa que poseen las plantas frente a bacterias patógenas. Cómo hacen las plantas para defenderse ante eventuales infecciones es un área bastante desconocida incluso en algunas facultades de biología, donde no llega a formar parte del temario de ninguna asignatura. 

Las plantas en general tienen unos procesos metabólicos y celulares más versátiles que los animales. Esto se debe a una característica que todos conocemos, y es que las plantas no se mueven nunca del lugar donde germinan (si alguien ve un geranio trotando por ahí, que nos avise inmediatamente). Sean cuales sean las condiciones que tengan que soportar, no disponen de la capacidad de evitarlas cambiándose de sitio, como es el caso de muchos otros organismos. Probablemente, la defensa frente a patógenos sea igual de versátil y coordinada que muchos otros procesos, aunque de momento no lo podemos asegurar puesto que el conocimiento está “en construcción”.
La defensa de plantas frente a patógenos comprende dos vertientes principales. La mejor estudiada es el mecanismo de siRNA, Dicer, AGO y RISC (no asustarse con esta sopa de letras), que se encarga fundamentalmente de la defensa frente a virus y algunas amenazas internas.

A grandes rasgos, y siendo el proceso final mucho más complicado, cuando el genoma vírico penetra en una célula vegetal y se empieza a copiar, suele ser reconocido como no perteneciente a dicha célula. Dependiendo de la naturaleza del genoma vírico y dónde se aloje, el proceso de reconocimiento es distinto. En cualquier caso, cuando se completa dicho reconocimiento y en ocasiones además la síntesis de una segunda hebra de ADN, intervienen unas proteínas conocidas como Dicer, que se encargan de cortar las dobles hebras en fragmentos muy pequeños. Estos fragmentos se unen a las proteínas AGO, o Argonauta. AGO se encarga de detectar las copias del genoma vírico que se hayan podido producir, utilizando los fragmentos de ARN producidos por Dicer como guía. Por último, diversas proteínas se unen formando un complejo RISC, que se encarga de cargarse estas copias, de forma que no se extienda la infección.

La defensa contra bacterias es diametralmente opuesta. Las bacterias suelen colonizar las plantas entrando a través de poros naturales en las hojas o de diversas heridas. Frente a esta colonización, las plantas han desarrollado los mecanismos PTI o PAMP-Triggered Immunity. Estos mecanismos se basan primeramente en el reconocimiento de algunas moléculas características de bacterias. Se conocen varias, como la quitina, pero el modelo mejor estudiado es sin duda el del reconocimiento de la flagelina, una proteína que le permite a la bacteria corretear (hasta las bacterias se mueven más que los pobre geranios). Flg22, una región que aparece en todas las diferentes flagelinas, es reconocida por un receptor en la superficie de la membrana celular, conocida como FLS2 (o flagellin sensitive 2), que conjuntamente con otras proteínas se encarga de iniciar y coordinar distintas respuestas encaminadas a suprimir la actividad bacteriana.

Entre esas respuestas se cuentan:

• Activación de genes de defensa.
• Cierre de poros en las hojas: así se evita que más bacterias sigan penetrando en el tejido.
• Formación de ROS o especies radiactivas del oxígeno, que son unos compuestos muy agresivos que destruyen prácticamente todo lo que encuentran a su paso, sea bacteria o sea célula vegetal. Sin embargo, la planta está dispuesta a sacrificar parte de su tejido para que no se extienda la infección.

Por supuesto, las diferentes cepas bacterianas han desarrollado métodos para contrarrestar los mecanismos que puedan poner en marcha las plantas para evitar su multiplicación. Muchas bacterias poseen genes cuyas proteínas producto (llamados efectores) se encargan de inhibir o dificultar la función de diversas moléculas implicadas en la defensa.
Paralelamente, las plantas han desarrollado algunos receptores intracelulares que son capaces de detectar estos efectores bacterianos, y que ponen en funcionamiento una segunda línea defensiva llamada ETI (Effector-Triggered Immunity), cuyo resultado final es la ampliación de las estrategias citadas anteriormente, es decir, la ampliación de la respuesta. Aquí ya desvarían un poco y se ponen a matar moscas a cañonazos. Es un todo por el todo.

La evolución de estos mecanismos es un claro ejemplo de coevolución a nivel molecular entre distintas especies. Las bacterias quieren atacar, y entonces las plantas desarrollan defensas. Pero entonces las bacterias desarrollan nuevas armas, y así hasta el infinito.
La defensa también tiene un fuerte componente hormonal. Además, las hormonas se encargan de equilibrar la respuesta frente a bacterias con otros procesos: por ejemplo, se ha comprobado que cuando la planta sufre infección, prefiere destinar sus recursos a superar esa amenaza antes que a continuar con su crecimiento. Listas son.

Para terminar me gustaría resaltar algunas de las posibles aplicaciones que puede tener este conocimiento. Especialmente en el marco de una agricultura extensiva de monocultivo, las enfermedades pueden llegar a suponer una disminución importante del rendimiento del cultivo. Una vez conocidos todos los mecanismos de que disponen las plantas, se puede intentar potenciar dichos mecanismos con la intención de prevenir infecciones y pérdidas, tanto durante el crecimiento del vegetal como durante su posterior almacenamiento y transporte. Un ejemplo más de cómo la ciencia, además de ayudarnos a esclarecer los procesos que dominan nuestro mundo, puede mejorar nuestra calidad de vida. 

Fuentes:

• Zvereda and Pooggin. Silencing and Innate Immunity in Plant Defense Against Viral and Non-viral Pathogens. 2012, Viruses, doi: 10.3390/v4112578
• Katagari, Thilmony and Yang He. The Arabidopsis Thaliana-Pseudomonas Syringae Interaction. 2002, The Arabidopsis Book, doi: 10.1199/tab.0039
• Heese et al. The Receptor-like kinase SERK3/BAK1 is a Central Regulator of Innate Immunity in Plants. 2007, PNAS. www.pnas.org_cgi_doi_10.1073_pnas.0705306104
• Zipfel. Combined Roles of Ethylene and Endogenous Peptides in Regulating Plant Immunity and Growth. 2013, PNAS, doi: 10.1073/pnas.1302659110

Cristina Novillo Ibáñez

Hablando de Ciencia