Las plantas carecen de ojos y oídos, pero aún pueden ver, oír, oler y responder a señales y peligros ambientales, especialmente a patógenos virulentos. Lo hacen con la ayuda de cientos de proteínas de membrana que pueden detectar microbios u otras tensiones.
Solo una pequeña porción de estas proteínas de detección se ha estudiado a través de la genética clásica, y el conocimiento sobre cómo funcionan estos sensores formando complejos entre sí es escaso. Ahora, un equipo internacional de investigadores de cuatro naciones, incluido Shahid Mukhtar, Ph.D., Y el estudiante graduado Timothy "TC" Howton de la Universidad de Alabama en Birmingham - ha creado el primer mapa de red para 200 de estas proteínas. El mapa muestra cómo algunas proteínas clave actúan como nodos maestros críticos para la integridad de la red,y el mapa también revela interacciones desconocidas.
"Este es un trabajo pionero para identificar la primera capa de interacciones entre estas proteínas", dijo Mukhtar, profesor asistente de biología en la Facultad de Artes y Ciencias de la UAB. "La comprensión de estas interacciones podría conducir a formas de aumentarresistencia de la planta a los patógenos, u otras tensiones como el calor, la sequía, la salinidad o el choque frío. Esto también puede proporcionar una hoja de ruta para futuros estudios de científicos de todo el mundo ".
El equipo internacional, con sede en Europa, Canadá y Estados Unidos, fue dirigido por Youssef Belkhadir, Ph.D., Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas, Viena, Austria. El estudio ha sido publicado en la revista Naturaleza .
El novedoso mapa de red de interacción integral se centró en una de las clases más importantes de estas proteínas de detección: las quinasas receptoras repetidas ricas en leucina o las quinasas receptoras LRR, que son estructuralmente similares a los receptores de tipo humano.
Las quinasas receptoras de LRR son una familia de proteínas tanto en plantas como en animales que son en gran parte responsables de detectar el medio ambiente. En las plantas, tienen un dominio extracelular de la proteína, que se extiende más allá de la membrana celular, que puede reconocer señales químicas,tales como las hormonas de crecimiento o porciones de proteínas de los patógenos.Las quinasas receptoras inician las respuestas a estas señales dentro de la célula, utilizando un dominio intracelular de la proteína.
La planta modelo Arabidopsis thaliana contiene más de 600 receptores quinasas diferentes, 50 veces más que los humanos, que son fundamentales para el crecimiento de las plantas, el desarrollo, la inmunidad y la respuesta al estrés. Hasta ahora, solo un puñado tenía funciones conocidas, y poco eraconocido sobre cómo los receptores podrían interactuar con cada uno para coordinar las respuestas a señales a menudo conflictivas.
para el Naturaleza estudio, el laboratorio de Belkhadir probó las interacciones entre los dominios extracelulares de los receptores de manera pareada, trabajando con más de 400 dominios extracelulares de las quinasas receptoras de LRR y realizando 40,000 pruebas de interacción.
Las interacciones positivas se utilizaron para producir un mapa de interacción que muestra cómo esas receptores quinasas interactúan entre sí, en un total de 567 interacciones de alta confianza.
Laboratorios de David Guttman, Ph.D., y Darrell Desveaux, Ph.D., en la Universidad de Toronto, Canadá, analizaron el mapa de interacción del receptor utilizando algoritmos para generar diversas hipótesis, y esas predicciones se validaron en los laboratorios deBelkhadir y Cyril Zipfel, Ph.D., The Sainsbury Laboratory, Norwich, Reino Unido.
En UAB, Mukhtar y Howton probaron 372 dominios intracelulares de las quinasas receptoras de LRR cuyos dominios extracelulares habían mostrado interacciones de alta confianza, para ver si los dominios intracelulares también mostraban fuertes interacciones. Más de la mitad lo hizo, lo que sugiere que la formación de estosSe requieren complejos de receptores para la percepción de la señal y la transducción de la señal aguas abajo. Esto también indica una validación de la importancia biológica de las interacciones del dominio extracelular.
El laboratorio de Mukhtar en la UAB ha clonado casi todos los dominios intracelulares de las quinasas receptoras de LRR de Arabidopsis ". Esto es parte de un esfuerzo por comprender cómo reaccionan las plantas a los patógenos o cómo los patógenos secuestran el sistema inmune, un área de nuestrointerés ", dijo Mukhtar.
El Naturaleza el estudio incluyó dos sorpresas importantes, dice Adam Mott, Ph.D., Universidad de Toronto. Las quinasas receptoras de LRR que tienen dominios extracelulares pequeños interactuaron con otras quinasas receptoras de LRR con más frecuencia que aquellas que tienen dominios grandes. Esto sugiere queLas pequeñas quinasas receptoras evolucionaron para coordinar las acciones de los otros receptores. En segundo lugar, los investigadores identificaron varias quinasas receptoras LRR desconocidas que parecen ser críticas para la integridad de la red.
Se pronostica que el más importante, denominado APEX, causará graves interrupciones en el resto de la red si se elimina. Los investigadores descubrieron que la eliminación de APEX, y varias otras quinasas receptoras de LRR conocidas, de hecho afectaron el desarrollo de la planta y las respuestas inmunes,a pesar de que esas respuestas están controladas por receptores quinasas a varios pasos de la red del nodo APEX.
Esta nueva comprensión de cómo interactúan los receptores quinasas puede ayudar a los investigadores a identificar receptores quinasas importantes que pueden modificar las respuestas al estrés en cultivos comerciales para hacerlos resistentes al estrés ambiental como el calentamiento global y los patógenos.
"La red desarrollada en este estudio permite a los futuros investigadores comprender la conectividad previamente desconocida de estos receptores", dijo Howton. "Este conocimiento se puede utilizar para comprender mejor cómo las plantas perciben su entorno dentro del contexto completo de la superficie celular de la plantareceptores "
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Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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