Nuevo descubrimiento podría mejorar el rendimiento de los cultivos y combatir el hambre global. Los hallazgos podrían inspirar los esfuerzos para mejorar el rendimiento de los cultivos y combatir el hambre en el mundo.
Un nuevo trabajo dirigido por Kangmei Zhao y Sue Rhee de Carnegie revela un nuevo mecanismo mediante el cual las plantas pueden activar rápidamente las defensas contra las infecciones bacterianas. Esta comprensión podría inspirar esfuerzos para mejorar el rendimiento de los cultivos y combatir el hambre en el mundo.
"Comprender cómo las plantas responden a entornos estresantes es fundamental para desarrollar estrategias para proteger cultivos importantes de alimentos y biocombustibles de un clima cambiante", explicó Rhee.
Publicado en ELIFE, un nuevo trabajo de Zhao y Rhee, junto con Benjamin Jin de Carnegie y Deze Kong y Christina Smolke de la Universidad de Stanford, investigó cómo la producción de un compuesto de defensa vegetal llamado camalexina se activa a nivel genético.
"Debido a que las plantas crecen en un lugar fijo, no pueden huir de los depredadores o patógenos", explicó Zhao. "En cambio, han evolucionado para producir compuestos que los ayudan a luchar contra los invasores, entre otras funciones".
La camalexina, al igual que otros metabolitos vegetales, es sintetizada por proteínas trabajadoras especializadas llamadas enzimas que realizan muchas de las funciones funcionales de la célula. Cuando la planta está bajo estrés ambiental, activa los genes que codifican estas enzimas. Los investigadores se propusieron dilucidar cómo una célula vegetal puede activar rápidamente la línea de producción y responder a condiciones externas o amenazas en el momento adecuado.
El material genético de una célula codifica las recetas para producir estas enzimas productoras de camalexina y todas las proteínas que la célula podría necesitar para realizar sus funciones necesarias bajo una variedad de condiciones en cada etapa de su vida. Esta es mucha información. Por eso la organización del código genético en la célula es tan crucial.
“Imagine que el genoma de una célula es una biblioteca masiva y cada gen es un libro, y cada cromosoma es un estante extremadamente grande”, dijo Rhee. "La célula tiene diferentes mecanismos para encontrar rápidamente el gen que necesita en esta amplia gama de información para que pueda ser transcrito y traducido para producir la proteína codificada y responder a las condiciones ambientales, incluidas las amenazas y el estrés".
Estas estrategias incluyen agregar o eliminar etiquetas o marcas en el empaque de todos los genes y el material asociado, llamado colectivamente cromatina, que puede mejorar o inhibir la expresión de genes particulares. A veces, tanto los elementos activadores como los represores están presentes simultáneamente, un fenómeno llamado cromatina bivalente.
Zhao, Rhee y sus colegas pudieron dilucidar la existencia de un tipo de cromatina bivalente nunca antes caracterizado; lo llamaron kairostat, del griego "kairos", que significa en el momento adecuado, y "stat", que significa Dispositivo: que mantiene inactiva la vía de biosíntesis de la camalexina hasta que hay una señal de patógeno. Sus hallazgos indican que ambos elementos son necesarios para controlar el momento adecuado de la respuesta de la planta al estrés externo.
“La camalexina y otros compuestos de defensa suelen ser muy costosos y tóxicos para las plantas. Por lo tanto, es una desventaja para las plantas hacerlas todo el tiempo ”, dijo Zhao. “Los científicos de plantas saben desde hace mucho tiempo que estos compuestos de defensa se fabrican justo a tiempo cuando una planta es atacada por plagas y patógenos. Ahora tenemos un nuevo control sobre un mecanismo molecular que permite este momento preciso de producción de camalexina. Este hallazgo podría informar estrategias para combatir el cambio climático y el hambre en el mundo, o incluso la síntesis de medicamentos derivados de plantas ”.
De cara al futuro, el grupo quiere caracterizar todas las proteínas involucradas en el establecimiento y eliminación de marcas epigenéticas para identificar más kairostatos y comprender mejor su papel en las respuestas ambientales y otras funciones de las plantas.
Referencia: “Una nueva cromatina bivalente se asocia con la inducción rápida de genes de biosíntesis de camalexina en respuesta a una señal de patógeno en Arabidopsis”Por Kangmei Zhao, Deze Kong, Benjamin Jin, Christina D Smolke y Seung Yon Rhee, 15 de septiembre de 2021, ELIFE.
DOI: 10.7554 / eLife.69508
Este trabajo fue apoyado en parte por Carnegie Institution for Science Endowment y subvenciones de la National Science Foundation (IOS-1546838, IOS-1026003), el Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Ciencias, Oficina de Investigación Biológica y Ambiental, subvención del Programa de Ciencias Genómicas. nos. DE-SC0018277, DE-SC0008769 y DE-SC0020366, y los Institutos Nacionales de Salud (1U01GM110699-01A1).
Artículo publicado originalmente AQUÍ
