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H2020

BoostR — Resultado resumido

Project ID: 708899
Financiado con arreglo a: H2020-EU.1.3.2.
País: Reino Unido
Dominio: Alimentos y recursos naturales

Mejorar la resistencia de las plantas a las plagas

Las plantas han desarrollado a lo largo de la evolución complejos mecanismos para hacer frente a los patógenos. La comprensión de las intrincadas redes que subyacen al sistema inmunitario de las plantas es fundamental a fin de aumentar su resistencia a las plagas y minimizar el uso de plaguicidas.
Mejorar la resistencia de las plantas a las plagas
Hace más de setenta y cinco años, Harold Henry Flor descubrió que la heredabilidad de la resistencia vegetal y de la capacidad de infección de los parásitos vegetales está determinada por la presencia conjunta de genes concretos en las plantas y los patógenos. Numerosos estudios han demostrado desde entonces que los principios funcionales de la inmunidad mediada por genes de resistencia vegetal son mucho más complejos que el sencillo planteamiento binario propuesto por Flor. El paradigma actual se basa en que la resistencia a enfermedades vegetales está codificada por repertorios dinámicos de receptores inmunitarios interconectados a través de redes genéticas y bioquímicas.

Identificación de efectores patógenos

La doctora Lida Derevnina, beneficiaria de una beca Marie Skłodowska-Curie, trabajó en el seno del grupo de investigación del profesor Sophien Kamoun en el Laboratorio Sainsbury en Norwich, el Reino Unido. En el marco del proyecto BoostR, financiado con fondos europeos, los investigadores ampliaron el conocimiento existente sobre una red de receptores inmunitarios intracelulares constituida por proteínas con dominio de unión de nucleótidos y dominio repetido rico en leucina (NLR, por sus siglas en inglés).

Los elementos de la red de NLR están relacionados evolutivamente y posiblemente proliferaron hace más de cien millones de años. Estos confieren resistencia a diversos patógenos de la familia de plantas «Solanaceae». Las solanáceas incluyen muchas especies vegetales de cultivo relevantes desde el punto de vista agrícola, como el tomate, la patata y el tabaco.

Dentro de la red, tres proteínas NLR auxiliares, conocidas como NRC, inician la transducción de la señal de defensa, y son requeridas por un grupo de proteínas sensoras NLR de importancia agronómica especializadas en el reconocimiento de moléculas patógenas. Las NRC auxiliares desempeñan un papel fundamental, ya que funcionan de manera redundante y no redundante para favorecer respuestas inmunitarias mediadas por sensores.

Los investigadores de BoostR trabajaron bajo la hipótesis de que la modificación de los NRC mejorará la resistencia a enfermedades en especies vegetales de cultivo de las solanáceas contra una serie de patógenos muy agresivos. «Mi propuesta se centra en desarrollar NRC sintéticos que posean resistencia frente a un amplio abanico de enfermedades», explica la doctora Derevnina.

La investigadora llevó a cabo todos los experimentos empleando la planta modelo «Nicotiana benthamiana», una especie vegetal de la familia de las solanáceas, y examinó efectores de diversos patógenos por su capacidad para inhibir la señalización NRC. Gracias a ello, logró identificar dos de estos efectores, AVRcap1b en «P. infestans» y SPRYSEC en «Globodera spp», y describir su modo de acción.

Utilizando esta información, fue posible producir NRC quiméricos intercambiando dominios proteicos entre diferentes posiciones para identificar candidatos que preservaran la señalización temprana a través de sensores NLR dependientes de NRC, pero que evadieran la inhibición por efectores patógenos. Tras la validación mediante ensayos de complementariedad genética, estas quimeras se evaluaron en experimentos de prueba de concepto y serán probadas en el tomate y la patata para determinar su valor en programas de mejora genética.

Repercusión de la ingeniería del sistema inmunitario de las plantas

Tal y como la doctora Derevnina recalca, «el hecho de que estos patógenos sean evolutivamente divergentes, pero que al mismo tiempo converjan para actuar de manera específica en la misma ruta del hospedador, pone de relieve la importancia que tienen las proteínas NRC auxiliares en la mediación de las respuestas inmunitarias contra varios patógenos que infectan a las solanáceas». El estudio de los efectores patógenos que actúan de manera específica contra las proteínas NRC, tanto de manera directa como indirecta, no solo permite mejorar nuestra comprensión de los mecanismos moleculares que subyacen a la capacidad de infección de los patógenos y de reconocimiento de los hospedadores, sino que además ayuda a aumentar nuestros conocimientos sobre la función de las proteínas NLR. Es más, nos brinda nuevas estrategias de mejora genética para desarrollar plantas con una mayor resistencia.

Los hallazgos del proyecto tienen repercusiones de gran calado para la agricultura, ya que brindan la oportunidad de cultivar especies vegetales de cultivo resistentes a una diversidad de patógenos de importancia agronómica, aumentando así el rendimiento y minimizando el uso de plaguicidas. La doctora Derevnina prevé que «el nuevo campo de estudio de las redes de receptores inmunitarios de las plantas desempeñe a partir de ahora un papel primordial en los programas de mejora genética de la resistencia a enfermedades en todo el mundo».

Palabras clave

BoostR, patógeno, resistencia, NRC, NLR, sistema inmunitario, plaguicida, NRC quimérico
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