El mejor ataque es una excelente defensa para algunas plantas carnívoras.

Las plantas insectívoras han fascinado a los biólogos durante más de un siglo, pero la forma en que las plantas desarrollaron la capacidad de capturar y consumir presas vivas sigue siendo un misterio. Maintenant, les scientifiques de Salk, ainsi que des collaborateurs de l’Université de Washington à St. Louis, ont étudié la base moléculaire de la carnivore des plantes et ont trouvé des preuves qu’elle a évolué à partir des mécanismes que les plantes utilisent para defenderse.

La investigación, publicada el 11 de julio de 2022, en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), detalla cómo las moléculas de calcio se mueven dinámicamente dentro de las células de las hojas de plantas carnivoras en respuesta al toque de una presa viva. La fluctuación del calcio impulsa los movimientos de las hojas para la captura de presas, probablemente a través de una mayor producción de hormonas defensivas. Los resultados amplían la comprensión de los científicos sobre cómo las plantas interactúan con su entorno.

“Si podemos aprender más sobre cómo plantas como estas y otras se han adaptado para cumplir con sus entornos únicos, entonces podremos modificar estos vías moleculares en el futuro para desarrollar plantas que puedan sobrevivir en condiciones más duras», dice la coautora principal, la profesora Joanne Chory, directora del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes.

Los biólogos han llegado a comprender que plantas como la drosera de hojas de cuchara (Drosera spatulata) probablemente adaptaron al carnívoro para sobrevivir en condiciones de escasez de nutrientes. Sin embargo, las droseras son difíciles de cultivar y su ADN se ha secuenciado recientemente, por lo que los científicos se han esforzado por examinar el funcionamiento de los carnívoros a nivel celular. Tampoco sabían cómo las plantas carnívoras desarrollaban comportamientos asociados con la captura de presas, como los movimientos de las hojas y la secreción de enzimas digestivas.

«Las droseras carnívoras no son organismos modelo», dice Carl Procko, coautor del artículo y científico del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk. «Menos de un puñado de laboratorios en todo el mundo han podido modificarlos genéticamente, por lo que tuvimos que aprender nuevas técnicas para examinarlos de cerca».

Para este estudio, los científicos aplicaron herramientas genéticas para obtener imágenes de los cambios dinámicos de las moléculas de calcio en las hojas cuando las presas de insectos aterrizaron en la hoja y fueron capturadas allí por secreciones pegajosas. En las plantas no carnívoras, la señalización del calcio desempeña muchas funciones fundamentales para el sostenimiento de la vida, como desencadenar la ácido jasmónico ruta de defensa para repeler plagas de insectos no deseados. El ácido jasmónico también responde a la actividad eléctrica, que es una parte esencial de la captura de presas en algunas plantas carnívoras, incluidas las droseras. Los científicos querían saber si esta misma vía de defensa de las plantas no carnívoras también podría ser necesaria para el comportamiento carnívoro de la drosera.

El equipo descubrió que se requerían cambios de calcio en la célula de la planta para la activación de los genes a los que normalmente se dirige el ácido jasmónico cuando la hoja se dobla hacia adentro, atrapando al insecto en los jugos digestivos. Los investigadores observaron además que las hojas de la drosera se doblaban menos cuando recibían presas no vivas y cuando sus canales de calcio estaban bloqueados. Estos resultados demuestran que el calcio contribuye a las respuestas de captura de presas de insectos y, junto con el trabajo de otros investigadores, respaldan la idea de que el ácido jasmónico está involucrado en la digestión de los insectos.

«Fue fascinante ver cómo estas plantas responden a la estimulación mecánica asociada con las presas, como el tacto», dijo Ivan Radin, coautor e investigador de la Universidad de Washington en St. Louis. «La capacidad de sentir y responder a las fuerzas mecánicas es algo que la mayoría de la gente no asocia con las plantas, especialmente en esta escala de tiempo rápida. Nuestro trabajo proporciona una hermosa imagen de ese hecho».

“Los hallazgos muestran que calcio también está implicado y probablemente acelera las respuestas de ácido jasmónico, similar a cómo las plantas no carnívoras reaccionan defensivamente a estimulación mecánica plagas”, dice Chory, Howard H. y Maryam R. Newman Presidente de Biología Vegetal. “Esto da crédito a la idea de que el carnivory en sundews puede ser una línea de defensa evolucionada.

A continuación, los investigadores aplicarán técnicas genéticas similares para estudiar otros carnívoros. plantas anteriormente demasiado difícil de examinar. Esperan investigar más a fondo la base molecular de los mecanismos de captura de presas para comprender mejor cómo evolucionó el carnívoro en especies distantes y ver si los cultivos podrían beneficiarse de la adaptación de sus vías ambientales y de respuesta de insectos existentes para sobrevivir en entornos hostiles.

Otros autores incluyen a Charlotte Hou de Salk; así como Ryan Richardson y Elizabeth Haswell de la Universidad de Washington en St. Louis.