Dodder, una planta parásita que genera daños por valor de millones de dólares en los cultivos cada año, es un invasor sigiloso con la capacidad de librar la guerra contra los genes de sus plantas huésped. El atacante utiliza un método altamente sofisticado para desarmar a sus víctimas que involucramanipulación genética de especies cruzadas que nunca antes se había visto en una planta parásita. Comprender el sistema de armamento de comunicaciones encubiertas de dodder, que funciona de manera muy similar a un virus informático, podría proporcionar a los investigadores un método para diseñar plantas resistentes a los parásitos.
Un artículo que describe la investigación de un equipo de científicos de Virginia Tech y Penn State apareció esta semana en la revista Naturaleza .
"La gran noticia es que ahora tenemos evidencia de una función para el ARN que se intercambia entre la cáscara y su cantera", dijo Jim Westwood, profesor de patología vegetal, fisiología y ciencia de las malezas en la Facultad de Agricultura y Vida de Virginia Tech.Sciences, autor del artículo.
"Habíamos aprendido anteriormente que el ARN mensajero, un ácido nucleico presente en todas las células vivas cuya función principal es actuar como mensajero que lleva instrucciones del ADN, se mueve entre las plantas parásitas y sus huéspedes, pero aún tenemos que descubrir el significado dePero cuando observamos el microARN, encontramos que el dodder también pasa esta forma de ARN troceada a su presa, que luego ejerce control sobre la expresión genética del huésped.
"Imagínese una batalla entre el anfitrión y el parásito. En este caso, dodder está tratando de piratear el sistema de información del anfitrión y el anfitrión está tratando de apagarlo. Los microARN son una nueva clase de arma que se usa en la guerra", dijo.dijo.
Los microARN son pequeños fragmentos de ácido nucleico, el material de ADN y ARN, que se pueden unir a los ARN mensajeros que codifican proteínas porque tienen una secuencia complementaria de A, U, C y G. Esta unión de microARN al mensajeroEl ARN evita que se produzca la proteína, ya sea bloqueando el proceso directamente o activando otras proteínas que cortan el ARN mensajero en pedazos más pequeños. Es importante destacar que los pequeños restos del ARN mensajero pueden funcionar como microARN adicionales, uniéndose a otras copias del ARN mensajero.ARN mensajero, provocando un mayor silenciamiento génico.
El equipo descubrió que los microARN tienen una función más poderosa de lo que se creía anteriormente. Los científicos investigaron los microARN del parásito a medida que ingresaban al huésped y descubrieron que los microARN bloquean genes específicos en la planta huésped. La evidencia apunta al hecho de que estos genes objetivoson los mismos genes que un parásito necesitaría silenciar para establecer su dominio.
"La interacción huésped-parásito implica el uso de microARN como mensajeros de la fatalidad. Están secuestrando información del huésped", dijo Westwood, que está afiliado al Instituto de Ciencias de la Vida Fralin. "Aún no sabemos cómo están siendointercambiados en términos del mecanismo, pero parece que muchos organismos diferentes, incluidas plantas, hongos e insectos, están utilizando microARN como señales remotas contra otros organismos. En estos casos, el patógeno está enviando microARN para desactivar las defensas del huésped. Del mismo modo,el anfitrión está disparando sus propios microARN al patógeno. Los microARN son una nueva clase de arma que se utiliza en la guerra ".
Esta investigación se basa en estudios previos de Westwood. El primero, publicado en agosto de 2014 en ciencia revista, presentó el descubrimiento de una nueva forma de comunicación entre organismos utilizando ARN mensajero, mostrando que las plantas comparten una cantidad extraordinaria de información genética entre sí. El segundo, publicado en noviembre de 2016 en la Actas de la Academia Nacional de Ciencias , presentó el descubrimiento de que las malas hierbas parásitas pueden robar genes de sus presas y luego usar esos genes contra la planta huésped.
Cuando una planta es atacada por un parásito, inicia una serie de mecanismos de defensa. En uno de estos mecanismos, similar a la coagulación de la sangre después de un corte, las plantas producen una proteína que coagula el flujo de nutrientes al sitio del parásito.El microARN de dodder se dirige al ARN mensajero que codifica esta proteína, que luego ayuda a mantener un flujo libre de nutrientes hacia el parásito. El gen que codifica esta proteína de coagulación tiene una secuencia muy similar en muchas especies de plantas, y los investigadores demostraron queel microARN de dodder se dirige a regiones de la secuencia genética que están más altamente conservadas en las plantas. Debido a esto, dodder probablemente puede silenciar esta proteína de coagulación y, por lo tanto, parasitar, una amplia variedad de especies de plantas.
Los investigadores secuenciaron todos los ARN pequeños en el tejido del parásito solo, la planta huésped sola y una combinación de dos. Al comparar los datos de secuenciación de estas tres fuentes, pudieron identificar microARN de dodder que habían ingresado altejido vegetal. Luego midieron la cantidad de ARN mensajero de los genes que eran el objetivo de los microARN dodder y vieron que el nivel de ARN mensajero del huésped se reducía cuando los microARN dodder estaban presentes.
"Junto con ejemplos anteriores de intercambio de ARN pequeño entre hongos y plantas, nuestros resultados implican que esta regulación genética entre especies puede estar más extendida en otras interacciones planta-parásito", dijo Michael J. Axtell, profesor de biología en Penn Statey un autor del artículo. "Entonces, con este conocimiento, el sueño es que eventualmente podamos usar tecnología de edición de genes para editar los sitios diana de microARN en las plantas hospedadoras, evitando que los microARN se unan y silencien estos genes. Ingeniería de resistencia a laparásito de esta manera podría reducir el impacto económico del parásito en las plantas de cultivo. "
Además de Westwood y Axtell, el equipo de investigación incluyó a Gunjune Kim, un ex estudiante de posdoctorado de Chicago y Vivian Bernal-Galeano, un estudiante de posgrado de Colombia, en Virginia Tech; Saima Shahid, Nathan R. Johnson, Eric Wafula, Feng Wang, Ceyda Coruh y Claude W. dePamphilis en Penn State; y Tamia Phifer en Knox College.
La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Y el Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura de EE. UU. Los Institutos Penn State Huck de Ciencias de la Vida proporcionaron apoyo adicional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Tecnología de Virginia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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