Al igual que los humanos, las plantas están rodeadas de microbios y están estrechamente asociados con ellos. La mayoría de estos microbios son beneficiosos, pero algunos pueden causar enfermedades devastadoras. Mantener el equilibrio entre ellos es fundamental. Las plantas alimentan a estos microbios, y se cree que lo hacenlo suficiente para permitir que las buenas crezcan y evitar que las malas ganen fuerza. Este sistema de alimentación de microbios está mediado por proteínas llamadas transportadores de azúcar.
Wolf Frommer de Carnegie identificó previamente una clase única de proteínas transportadoras de azúcar, llamadas DULCES, que desempeñan funciones clave en las plantas, como producir néctar, exportar energía fabricada en las hojas a los otros órganos de la planta y llenar las semillas con nutrientes para alimentar a unembrión vegetal.
En dos artículos separados, él y varios equipos de investigadores desentrañan la estructura molecular de SWEET2, una proteína de transporte que juega un papel crítico en la limitación del suministro de azúcar disponible para los microbios de las raíces al nivel correcto. Esta es la primera vez que la estructura dese ha descrito un miembro de la clase de proteínas SWEET, y solo una de las tres estructuras aclaradas hasta ahora para los transportadores de azúcar en animales y plantas.
Un equipo, dirigido por Liang Feng de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, profesor asistente de fisiología molecular y celular, dilucidó la estructura molecular de un transportador SWEET2 del arroz. Descubriendo la estructura de SWEET2, combinado con la determinación de aminoácidos clave en elproteína necesaria para la función, es la clave para descubrir el mecanismo por el cual funciona. Esto es importante para comprender qué sucede cuando el transportador falla debido a una enfermedad o patógenos y para aprender a protegerse contra estos riesgos. Su trabajo se publica el 19 de octubrepor Naturaleza .
Frommer y Feng habían trabajado previamente juntos para determinar la estructura y el mecanismo del análogo bacteriano a los transportadores SWEET, llamados SemiSWEETs. Se ha predicho que SWEETs surgieron por una duplicación y fusión de la versión bacteriana de los genes transportadores durante la evolución. ElLas similitudes que encontraron entre los pliegues estructurales del dímero SemiSWEET un complejo de dos unidades idénticas que se asocian y SWEET2, combinadas con su evidencia de que SWEET2 probablemente funciona como parte de un complejo construido de unidades cooperantes de proteínas individuales, apoyan firmemente esta teoría.
El otro equipo, en el que Frommer trabajó con el postdoctorado de Carnegie Woei-Jiun Guo ahora en la Universidad Nacional Cheng Kung y Dorothea Tholl de Virginia Tech, se centró en el papel de SWEET2 en la protección de la planta de mostaza Arabidopsis de la infección parasitaria. Ellos muestranque SWEET2 ayuda a acumular azúcares en una burbuja de almacenamiento dentro de las células vegetales llamada vacuola, lo que limita el suministro de azúcar destinado a alimentar solo a los microbios buenos a un nivel que evita el crecimiento de los malos. Este trabajo ha sido publicado recientemente en línea por El diario de la planta .
Las plantas secretan azúcar en el suelo que rodea sus raíces. Aunque los mecanismos moleculares para esto no se conocen bien, se cree que el azúcar es una recompensa para los microorganismos simbióticos que viven en esta región y que facilitan el crecimiento de la planta. Sin embargo, este azúcar puedetambién pueden ser absorbidos por patógenos, como el parásito Pythium. Pythium es lo que se llama un oomiceto, similar a un hongo, que es responsable de la pudrición de la raíz y otras enfermedades en los cultivos de campo e invernadero.
El equipo de investigación demostró que SWEET2 facilita la retención de azúcar en las raíces, lo que podría ser un mecanismo para morir de hambre y resistir a los patógenos que viven en los alrededores inmediatos de la raíz. Descubrieron que la expresión de SWEET2 se incrementó 10 veces durante la infección por Pythium y que especialmentelos mutantes que carecían de SWEET2 eran más susceptibles al parásito.
"Juntos, estos dos artículos brindan los primeros conocimientos no solo sobre cómo las plantas controlan el secuestro de carbono en el suelo, sino que también mejoran nuestra comprensión del funcionamiento de esta clase única de transportadores SWEET, incluido el importante homólogo SWEET humano", dijo Frommer.
Liang Feng de Stanford comentó: "Esta investigación es un paso importante para comprender el proceso de transporte de azúcar y la homeostasis energética en las células".
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Materiales proporcionado por Institución Carnegie . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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