Cuando ve manchas marrones en hojas verdes sanas, puede ser testigo de la respuesta inmune de una planta, ya que trata de evitar que se propague una infección bacteriana. Algunas plantas son más resistentes a tales infecciones que otras, y los biólogos de plantas quieren entender por quéLos científicos del Instituto Salk que estudian una proteína vegetal llamada SOBER1 descubrieron recientemente un mecanismo por el cual, contraintuitivamente, las plantas parecen volverse menos resistentes a la infección.
El trabajo, que apareció en Comunicaciones de la naturaleza el 19 de diciembre de 2017, arroja luz sobre la resistencia de las plantas en general y podría conducir a estrategias para aumentar la inmunidad natural de las plantas o para contener mejor las infecciones que amenazan con destruir un cultivo agrícola completo.
"Hay muchas pérdidas en los rendimientos de los cultivos debido a las bacterias que matan a las plantas", dice la autora principal del artículo, Joanne Chory, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes, directora del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Salk's Plant y una receptora 2018 delPremio Avance en Ciencias de la Vida. "Con este trabajo, nos propusimos comprender el mecanismo subyacente de cómo funciona la resistencia y ver qué tan general es".
Una de las formas en que las plantas luchan contra la infección bacteriana es eliminando sus propias células en las que se detectan proteínas bacterianas. Pero algunas bacterias han desarrollado una estrategia contraria: inyectando proteínas especiales que suprimen la respuesta inmune de la planta al agregar pequeñas etiquetas químicas incapacitantesllamados grupos acetilo a las moléculas inmunes. Este proceso se llama acetilación. Lo que hace que ciertas plantas sean capaces de resistir estas contramedidas bacterianas mientras que otras sucumben a la infección sigue sin estar claro.
Como un medio para comprender mejor tales interacciones patógeno-planta, el equipo de Chory recurrió a la hierba bien estudiada Arabidopsis thaliana y, en particular, una enzima llamada SOBER1, que previamente se había informado que suprime la respuesta inmune de la maleza a una proteína bacteriana conocida como AvrBsT. Si bien puede parecer contradictorio usar la supresión inmune para estudiar la resistencia a las infecciones, los biólogos de Salk pensaronhacerlo podría proporcionar información útil.
Los investigadores comenzaron determinando la secuencia de aminoácidos de SOBER1, el orden particular de los bloques de construcción que le da a una proteína su identidad básica. Curiosamente, descubrieron que era muy similar a una enzima humana relacionada con la vía del cáncer. Esta enzima contiene una característicatúnel en el que las proteínas con ciertos tipos de modificaciones pueden encajar y cortarse como parte de la reacción enzimática. Resulta que SOBER1 puede clasificarse como parte de una vasta superfamilia de proteínas conocida como hidrolasas alfa / beta. Estas enzimas comparten una estructura central común peroson muy flexibles en las reacciones químicas que catalizan, que van desde la descomposición de la grasa hasta la desintoxicación de productos químicos llamados peróxidos.
Luego, utilizaron una técnica de más de 100 años de antigüedad llamada cristalografía de rayos X para determinar la estructura tridimensional de SOBER1. Si bien es similar a la enzima humana, el túnel de la enzima vegetal tenía dos aminoácidos adicionales que sobresalían desde la parte superior:uno en la entrada y uno en el medio.
"Cuando los vimos, nos dimos cuenta de que tenían que tener un efecto dramático en la función porque básicamente bloquean el túnel", dice el investigador asociado y coprimer autor de Salk, Marco Bürger.
Para descubrir cuál podría ser el propósito, Bürger y el coautor Björn Willige, también investigador asociado, usaron sustratos moléculas sobre las que actúan las enzimas con diferentes longitudes y probaron bioquímicamente qué tan bien encajan en la enzima y si podíanse cortó. Solo ciertos tipos encajaron y se cortaron - grupos acetilo muy cortos. Esto sugirió que SOBER1 es una desacetilasa - una clase de enzima que elimina los grupos acetilo. Además, el equipo mutó SOBER1 y así abrió el túnel bloqueado. Con estocambio, Bürger y Willige diseñaron una enzima que perdió su fuerte especificidad para los grupos acetilo cortos y en su lugar prefirieron sustratos más largos.
"Para los experimentos iniciales de bioquímica, utilizamos sustratos artificiales establecidos", dice Willige. "Pero luego queríamos ver qué pasaría en las plantas".
Para esto, usaron plantas de tabaco, que tienen hojas grandes con las que es fácil trabajar, y una bacteria que produce AvrBsT, que se sabe que desencadena la acetilación. Produjeron AvrBsT en diferentes regiones de hojas de tabaco junto con SOBER1 yvarias versiones mutadas y por lo tanto no funcionales de la enzima.
Las hojas que producen AvrBsT tenían parches marrones de tejido muerto, lo que indica que AvrBsT había iniciado un programa de muerte celular para reducir la propagación sistémica del patógeno. Las hojas que producían AvrBsT junto con SOBER1 parecían sanas, lo que indica que SOBER1 revirtió la acción de AvrBsT., las versiones SOBER1 mutadas con un túnel abierto no pudieron evitar que el tejido muriera. De esto, los investigadores concluyeron que la desacetilación debe ser la reacción química subyacente que conduce a la supresión de la respuesta inmune de la planta.
Las pruebas de tabaco respaldaron la idea de que SOBER1 fuera una desacetilasa que eliminaría los grupos acetilo añadidos por las proteínas bacterianas. Sin los grupos acetilo que etiquetan las proteínas, la planta no los reconoció como extraños y, por lo tanto, no montó un sistema inmune que mata las célulasrespuesta. Las hojas se veían más saludables porque las células no estaban muriendo.
"La función de SOBER1 es sorprendente porque mantiene vivo el tejido infectado, lo que pone a la planta en riesgo", dice Chory, quien también ocupa la Cátedra Howard H. y Maryam R. Newman en Biología Vegetal en Salk. "Pero recién estamos comenzandopara comprender este tipo de mecanismos, y bien podría haber condiciones en las que las acciones de SOBER1 sean beneficiosas "
Otras pruebas mostraron que la actividad y función de SOBER1 no se limita a la hierba Arabidopsis thaliana, sino que también existe en una planta llamada colza que demuestra que los hallazgos del laboratorio de Chory podrían aplicarse a cultivos agrícolas y recursos de biocombustibles.
Bürger y Willige luego desearían comenzar la detección de inhibidores químicos que pudieran bloquear SOBER1, permitiendo así que las plantas tengan una respuesta inmune completa a las bacterias patógenas.
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Materiales proporcionados por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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