Se han identificado dos genes críticos para las plantas que colonizaron la Tierra hace 470 millones de años.
Los científicos creen que es posible que los dos genes, PEN1 y SYP122, allanaran el camino para todo tipo de plantas terrestres.
Investigadores arrojan nueva luz sobre el origen de la vida vegetal en la Tierra
investigadores de Universidad de Copenhague Arrojó nueva luz sobre el origen de la vida vegetal en la superficie de nuestro planeta. Específicamente, demostraron que las plantas terrestres necesitan dos genes para protegerse contra los ataques de hongos, un mecanismo de defensa que data de hace 470 millones de años. Es probable que estas defensas allanaran el camino para toda la vida vegetal terrestre.
Mads Eggert Nielsen, biólogo de la Universidad de Copenhague.
Las plantas evolucionaron de algas acuáticas a la capacidad de sobrevivir en la Tierra hace casi quinientos millones de años, sentando las bases para la vida en la Tierra. Uno de los obstáculos que hizo tan difícil esta espectacular transformación fueron las setas:
Se estima que hace 100 millones de años, los hongos se arrastraron por la superficie de la Tierra en busca de alimento, probablemente encontrados en algas muertas arrastradas por el mar. Entonces, si usted, como una planta nueva, se establece en el suelo y lo primero que debe hacer es te encuentras es un hongo que te come, necesitas algún tipo de mecanismo de defensa”, dice Mads Eggert Nielsen, biólogo del Departamento de Ciencias Ambientales y Vegetales de la Universidad de Copenhague.
Según Mads Eggert Nielsen y sus colegas investigadores del Departamento de Ciencias Ambientales y Vegetales y la Universidad de Paris-Sclay, el corazón de este mecanismo de defensa puede reducirse a dos genes, PEN1 y SYP122. Juntos, ayudan a formar un tipo de componente en las plantas que evita la invasión de hongos y organismos similares a los hongos.
“Hemos descubierto que si destruimos estos dos genes en nuestro modelo de Arabidopsis, abrimos la puerta a la entrada de hongos patógenos. Hemos descubierto que son esenciales para la formación de este tapón similar a la pared celular que protege contra los hongos. Curiosamente, este parece ser un mecanismo de defensa universal que se encuentra en todas las plantas terrestres”, dice Mads Eggert Nielsen, autor principal del estudio, publicado en la revista Science. eLife.
Crecí en una fábrica de 470 millones de años.
El equipo de investigación probó la misma función en la hepática, descendiente directa de una de las primeras plantas terrestres de la Tierra. Al tomar los dos genes correspondientes en la hepática e insertarlos en los berros, los investigadores examinaron si podían determinar el mismo efecto. La respuesta fue sí.
Experimentos con el modelo Arabidopsis Crédito: Mads Eggert Nielsen
“Aunque las dos familias de plantas a las que evolucionaron Arabidopsis y hepática en diferentes direcciones hace 450 millones de años, continuaron compartiendo funciones genéticas. Creemos que esta familia de genes nació con el único propósito de gestionar este mecanismo de defensa, y por lo tanto es la que fundó las plantas para establecerse en el suelo”, explica Mads Eggert Nielsen.
La coexistencia de plantas y hongos.
Si bien los hongos fueron un obstáculo para las plantas en su transición de algas marinas a plantas terrestres, también fueron un requisito previo. Mads Eggert Nielsen explica que una vez que las plantas pudieron sobrevivir a los ataques de los hongos que buscaban comérselas en la Tierra, el siguiente problema al que se enfrentaron fue encontrar nutrientes:
Las plantas en ambientes acuáticos tienen fácil acceso a nutrientes disueltos como el fósforo y el nitrógeno. Pero hace 500 millones de años, el suelo como lo conocemos hoy no existía, solo rocas. Los nutrientes ligados a las rocas son extremadamente difíciles de obtener para las plantas. Pero no para las setas. Por otro lado, los hongos no pueden producir carbohidratos, por lo que consumen plantas. Aquí es donde se cree que surgió la relación simbiótica entre las plantas y los hongos, que luego se convirtió en la base para la explosión de la vida vegetal terrestre durante este período.
Las estructuras defensivas que se forman en la planta no matan a la planta ni al hongo, simplemente evitan que el hongo invada.
«Dado que los hongos solo pueden penetrar parcialmente en la planta, creemos que se produce un punto de inflexión en el que tanto la planta como el hongo tienen algo que ganar. Por lo tanto, fue útil mantener la relación como está. La teoría de que las plantas domesticaron a los hongos para colonizar la tierra no es nuestro, pero proporcionamos forraje que respalda esta idea”, dice Mads Eggert Nielsen.
Se puede aplicar en la agricultura.
Los nuevos hallazgos agregan una pieza importante al rompecabezas de la historia evolutiva de las plantas. Más importante aún, pueden usarse para hacer que los cultivos sean más resistentes al ataque de hongos, lo cual es un gran problema para los agricultores.
«Si todas las plantas se defienden de la misma manera, debería significar que los microorganismos causantes de enfermedades, como el mildiu polvoriento, la roya lineal y la podredumbre de la patata, han encontrado una manera de infiltrarse, detener o escapar de las defensas de sus respectivas plantas hospedantes. Queremos saber. Cómo lo hacen. Luego intentaremos transferir los componentes defensivos de las plantas resistentes a las plantas que contraen la enfermedad, y así lograr la resistencia”, dice Mads Eggert Nielsen.
Mads Eggert Nielsen es parte de un proyecto de investigación del Departamento de Ciencias Botánicas y Ambientales dirigido por Hans Thordal-Christensen y respaldado por la Fundación Novo Nordisk que tiene como objetivo hacer que los cultivos sean más resistentes al identificar los mecanismos de defensa de las plantas que los microorganismos patógenos intentan abordar. cerca.
Datos adicionales
Los investigadores han asumido durante mucho tiempo que los genes PEN1 y SYP122 cumplen una función particular con respecto a la transición de las plantas de su fase acuática como algas a plantas terrestres, pero no hay evidencia concreta de si son realmente un requisito previo para las plantas. habilidades defensivas.
Estudios anteriores han demostrado que al destruir el gen PEN1, las plantas pierden su capacidad de defensa contra el mildiú polvoroso. Sin embargo, cuando se destruye el gen estrechamente relacionado, SYP122, no sucede nada. Los resultados de la nueva investigación muestran que los dos genes juntos constituyen una clave importante en el mecanismo de defensa de la planta.
Referencia: «Las estructuras SYP12 de las plantas median la inmunidad general conservada evolutivamente contra los nematodos patógenos» por Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell y Mads E. Nielsen, 4 de febrero de 2022, disponible aquí. eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487
