Las plantas reprograman sus células para luchar contra los invasores. Así es cómo

En tiempos de guerra, las fábricas se remodelan para satisfacer las necesidades de la batalla. Las líneas de montaje están cambiando de rumbo, pasando de la fabricación de piezas de automóviles a pistolas rociadoras, o de la fabricación de lavadoras a motores de aviones.

Escuchar al profesor de la Universidad de Duke Xinnian Dong decir eso, Las plantas Puede pasar de tiempos de paz a tiempos de guerra también.

Los cultivos y otras plantas a menudo son atacados por bacterias, virus y otros patógenos. Cuando una planta detecta una infestación bacteriana, desencadena cambios drásticos en la sopa química de proteínas, las moléculas de la vida, que contiene. células.

En los últimos años, Dong y su equipo han trabajado para reconstruir cómo hacer esto. En un nuevo estudio publicado en la revista célulaDong y el primer autor Jin Long Wang han revelado componentes clave en las células vegetales que reprograman la maquinaria de producción de proteínas para combatir enfermedades.

cada año alrededor pierde el 15% del rendimiento del cultivo En el caso de las enfermedades bacterianas y fúngicas, le cuesta a la economía mundial unos 220.000 millones de dólares. Dong dijo que las plantas dependen de su sistema inmunológico para ayudarlas a defenderse.

A diferencia de los animales, las plantas no asignan células inmunes Puede viajar a través del torrente sanguíneo hasta el sitio de la infección; Cada célula de la planta debe poder ponerse de pie y luchar para defenderse, cambiando rápidamente al modo de batalla.

Cuando las plantas están bajo ataque, cambian sus prioridades del crecimiento a la defensa, por lo que las células comienzan a producir nuevas proteínas y suprimen la producción de otras proteínas. «Después de dos o tres horas, las cosas vuelven a la normalidad», dijo Dong.

Decenas de miles de proteínas producidas en las células realizan muchas funciones: catalizar reacciones, actuar como mensajeros químicos, reconocer sustancias extrañas y transportar sustancias hacia adentro y hacia afuera. Para construir una proteína específica, las instrucciones genéticas en el ADN empaquetado dentro del núcleo celular se transcriben en una molécula mensajera llamada ARNm. Esta hebra de ARN mensajero luego se dirige al citoplasma, donde una estructura llamada ribosoma «lee» el mensaje y lo traduce en una proteína.

en estudio 2017Dong y su equipo encontraron que cuando una planta está infectada, ciertas moléculas de ARNm se traducen en proteínas más rápido que otras. Lo que las moléculas de ARNm tienen en común, descubrieron los investigadores, es una región en el extremo frontal de la cadena de ARN con letras repetidas en su código genético, donde las bases de nucleótidos adenina y guanina se repiten una y otra vez.

En el nuevo estudio, Dong, Wang y sus colegas muestran cómo esta región funciona con otras estructuras dentro de la célula para activar la producción de proteínas en «tiempos de guerra».

Muestran que cuando las plantas detectan un ataque de un patógeno, los marcadores moleculares que marcan el punto de partida habitual para que los ribosomas se posen y lean el ARNm se eliminan, lo que impide que la célula produzca proteínas típicas de «tiempos de paz».

En cambio, los ribosomas eluden el punto de partida habitual para la traducción, utilizando la región repetida de As y G dentro de la molécula de ARN para acoplarse y comenzar a leer desde allí.

«Básicamente toman un atajo», dijo Dong.

Para las plantas, combatir las infecciones es un acto de equilibrio, dijo Dong. Asignar más recursos a la defensa significa menos fotosíntesis y otras actividades de la vida. Puede resultar de la producción de demasiadas proteínas defensivas. efectos secundarios: plantas hiperactivas sistema inmunitario Sufren de retraso en el crecimiento.

Al comprender cómo las plantas logran este equilibrio, dijo Dong, los científicos esperan encontrar nuevas formas de diseñar cultivos resistentes a las enfermedades sin comprometer el rendimiento.

El equipo de Dong realizó la mayor parte de sus experimentos en una planta parecida a la mostaza llamada Arabidopsis thaliana. Pero se han encontrado secuencias de ARNm similares en otros organismos, incluidos moscas de la frutaratones y humanos, por lo que pueden desempeñar un papel más amplio en el control Síntesis de proteínas Dong dijo tanto en plantas como en animales.