Se cree que las plantas están indefensas ante los ataques externos. Las estadísticas de la Universidad de California, en Estados Unidos, revelan que cada año las enfermedades bacterianas y fúngicas causan la pérdida de cerca del 15% de la producción de cultivos en todo el mundo, lo que, según la Organización para la Agricultura y la Alimentación, cuesta a la economía mundial unos 220.000 millones de dólares.

Sin embargo, una reciente investigación de Xinnian Dong, de la Universidad de Duke, reveló que éstas se defienden para sobrevivir.

Según el trabajo, los cultivos y otras plantas suelen ser atacados por bacterias, virus y otros patógenos. Pero cuando una planta detecta una invasión microbiana, realiza cambios radicales en la sopa química de proteínas -las moléculas generadoras de vida- dentro de sus células.

A diferencia de los animales, las plantas no tienen células inmunitarias especializadas que puedan viajar por el torrente sanguíneo hasta el lugar de la infección. Cada célula de la planta tiene que ser capaz de levantarse y luchar para defenderse, cambiando rápidamente al modo de batalla.

Cuando las plantas son atacadas, cambian sus prioridades de crecimiento a defensa, por lo que las células comienzan a sintetizar nuevas proteínas y suprimen la producción de otras. Después, “en dos o tres horas, todo vuelve a la normalidad”, explica a Metro Xinnian Dong, profesor de biología de la Universidad de Duke y autor principal de la investigación.

Para construir una proteína específica, las instrucciones genéticas del ADN empaquetado en el núcleo celular se transcriben en una molécula mensajera llamada ARNm. Esta cadena de ARNm se dirige entonces al citoplasma, donde una estructura llamada ribosoma “lee” el mensaje y lo traduce en una proteína.

Los científicos demostraron que cuando las plantas detectan el ataque de un patógeno, las señales moleculares que marcan el punto de partida habitual para que los ribosomas aterricen y lean el ARNm se eliminan, impidiendo que la célula fabrique sus típicas proteínas de “tiempos de paz” y activando las de “tiempos de guerra”.

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

Metro habló con Xinnian Dong para saber más.

“A diferencia de nuestro sistema inmunitario humano dirigido por células inmunitarias especializadas, las células vegetales tienen que realizar varias tareas cuando se encuentran con un patógeno”

Xinnian Dong, profesor de biología de la Universidad de Duke.

20-40%

de la producción mundial de cultivos se pierde cada año a causa de las plagas, según la FAO.

¿Cómo afecta el modo de “producción bélica” a las plantas?

- Asignar más recursos a la defensa significa que hay menos disponibles para la fotosíntesis y otras actividades en la empresa de la vida.

-Producir demasiadas proteínas de defensa puede causar daños colaterales: las plantas con un sistema inmunitario hiperactivo sufren un retraso en el crecimiento.

-Pérdida de células: como último recurso, la célula vegetal infectada puede suicidarse para proteger al resto de las plantas del patógeno.

Entrevista

Xinnian Dong

profesor de biología de la Universidad de Duke y autor principal de la investigación.

P: ¿Por qué estudió la reprogramación de las células vegetales?

- Mi principal interés en la investigación reside en comprender cómo se defienden las plantas contra los desafíos de los patógenos. A diferencia de nuestro sistema inmunitario humano, dirigido por células especializadas, como los linfocitos B y los linfocitos T, las células vegetales tienen que realizar varias tareas cuando se enfrentan a un patógeno. Esto se consigue mediante la reprogramación de la producción de proteínas relacionadas con el crecimiento a la síntesis de moléculas relacionadas con el sistema inmunitario para establecer la inmunidad.

P: ¿Cómo pueden las plantas pasar de la producción en tiempos de paz a la de guerra?

- Mi investigador postdoctoral, el Dr. Jinlong Wang, y otros miembros del laboratorio descubrieron que las células vegetales pueden pasar a producir proteínas de defensa modificando las moléculas que intervienen en el proceso de producción de proteínas conocido como transcripción, lo que les permite empezar a transcribir las proteínas de defensa utilizando una secuencia marcadora que encontramos en las plantillas (ARN mensajeros) de estas proteínas.

P: ¿Qué cambios realizan las plantas cuando son atacadas?

- Hay muchos cambios que las plantas pueden hacer para inhibir la infección, dependiendo del grado de la agresión. Todavía estamos tratando de entenderlos para diseñar la resistencia de las plantas. Cuando una bacteria nadadora cosquillea a través de la flagelina, las plantas cierran rápidamente sus estomas, diminutos poros en la superficie de la hoja que normalmente se utilizan para controlar el intercambio de gases y la evaporación del agua, para impedir que el agente patógeno atraviese el poro. Si el patógeno consigue entrar, las plantas liberarán un gran número de moléculas antimicrobianas para inhibir el crecimiento del patógeno. Como último recurso, la célula vegetal infectada puede suicidarse para proteger al resto de las plantas del patógeno.

P: ¿Qué aplicaciones en el mundo real podrían tener sus descubrimientos?

- Los receptores inmunitarios descubiertos en nuestra investigación podrían introducirse en las variedades de cultivo de élite a través de la cría o la transformación para mejorar la resistencia. Al comprender los mecanismos inmunitarios de las plantas y su regulación, podemos diseñar racionalmente mejores respuestas inmunitarias que se activen más rápido, más fuerte y contra un espectro más amplio de patógenos, especialmente aquellos patógenos emergentes para los que no han evolucionado receptores inmunitarios, protegiendo al mismo tiempo el crecimiento normal y el rendimiento del cultivo.