Se han identificado dos genes cruciales para las plantas que colonizaron la Tierra hace 470 millones

Los científicos creen que es probable que los dos genes, PEN1 y SYP122, allanaran el camino para toda la vida vegetal terrestre.

Los investigadores arrojan nueva luz sobre cómo se estableció la vida vegetal en la superficie de la Tierra

Investigadores de la Universidad de Copenhague han arrojado nueva luz sobre cómo se estableció la vida vegetal en la superficie de nuestro planeta. Demostraron específicamente que dos genes son cruciales para que las plantas terrestres se protejan contra el ataque de hongos, un mecanismo de defensa que data de hace 470 millones de años. Estas defensas probablemente allanaron el camino para toda la vida vegetal terrestre.

Mads Eggert Nielsen

Mads Eggert Nielsen, biólogo de la Universidad de Copenhague.

Las plantas evolucionaron desde las algas acuáticas hasta poder sobrevivir en la tierra hace aproximadamente quinientos millones de años, sentando las bases para la vida en la tierra. Los hongos fueron uno de los obstáculos que hicieron tan difícil esta transición dramática:

“Se estima que 100 millones de años antes, los hongos se arrastraron por la superficie de la Tierra en busca de alimento y lo más probable es que lo encontraran en las algas muertas arrastradas por el mar. Entonces, si usted, como una nueva planta, se va a establecer en la tierra y lo primero que encuentra es un hongo que lo devora, necesita algún tipo de mecanismo de defensa”, dice Mads Eggert Nielsen, biólogo de la Departamento de Ciencias Vegetales y Ambientales 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-Saclay, la esencia de este mecanismo de defensa se puede reducir a dos genes, PEN1 y SYP122. Juntos, ayudan a formar una especie de tapón en las plantas que bloquea la invasión de hongos y organismos similares a los hongos.

“Descubrimos que si destruimos estos dos genes en nuestra planta modelo thale cress (Arabidopsis), abrimos la puerta para que penetren los hongos patógenos. Descubrimos que son esenciales para formar este tapón similar a la pared celular que defiende contra los hongos. Curiosamente, parece ser un mecanismo de defensa universal que se encuentra en todas las plantas terrestres”, dice Mads Eggert Nielsen, autor principal del estudio, que se publica en la revista eLife.

Se originó en una planta de 470 millones de años.

El equipo de investigación ha probado 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 el berro thale, los investigadores examinaron si podían identificar el mismo efecto. La respuesta fue sí.

Planta Modelo Thale Berro

Experimentos en la planta modelo thale cress (Arabidopsis) Crédito: Mads Eggert Nielsen

“Aunque las dos familias de plantas a las que pertenecen Arabidopsis y hepática evolucionaron en direcciones divergentes hace 450 millones de años, continúan compartiendo funciones genéticas. Creemos que esta familia de genes surgió con el único propósito de gestionar este mecanismo de defensa y, por lo tanto, ha sido una de las bases para que las plantas se establezcan en la tierra”, dice Mads Eggert Nielsen.

Una simbiosis entre plantas y hongos

Si bien los hongos representaron un obstáculo para las plantas en su transición de una etapa de algas marinas a convertirse en plantas terrestres, también fueron un requisito previo. Tan pronto como 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, explica Mads Eggert Nielsen:

“Los nutrientes disueltos como el fósforo y el nitrógeno son de fácil acceso para las plantas en ambientes acuáticos. Pero hace 500 millones de años, el suelo tal como lo conocemos hoy no existía, solo rocas. Y, los nutrientes ligados a las rocas son extremadamente difíciles de obtener para las plantas. Pero no para los hongos. Por otro lado, los hongos no pueden producir carbohidratos, por lo que consumen plantas. Aquí es donde se cree que surgió una 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 de defensa que se forman en una planta no matan ni a la planta ni al hongo, simplemente evitan que el hongo invada.

“Dado que un hongo solo puede ingresar parcialmente a una planta, creemos que surge un punto de inflexión en el que tanto la planta como el hongo tienen algo que ganar. Por lo tanto, ha sido una ventaja mantener la relación tal como está. La teoría de que las plantas domesticaron a los hongos para colonizar la tierra no es nuestra, pero estamos proporcionando forraje que respalda esta idea”, dice Mads Eggert Nielsen.

Se puede aplicar en la agricultura.

Los nuevos resultados añaden una pieza importante al rompecabezas de la historia evolutiva de las plantas. Más importante aún, podrían usarse para hacer que los cultivos sean más resistentes a los ataques de hongos, lo cual es un problema importante para los agricultores.

“Si todas las plantas se defienden de la misma manera, debe significar que los microorganismos capaces de causar enfermedades -como el oídio, la roya amarilla y el moho de la patata- han encontrado la manera de colarse, apagar o evadir las defensas de sus plantas. respectivas plantas hospederas. Queremos saber cómo lo hacen. Luego intentaremos transferir los componentes defensivos de las plantas resistentes a aquellas plantas que se enferman y, por lo tanto, lograr la resistencia”, dice Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen participa en un proyecto de investigación en el Departamento de Ciencias Ambientales y Vegetales dirigido por Hans Thordal-Christensen y respaldado por la Fundación Novo Nordisk que se enfoca en hacer que los cultivos sean más resistentes mediante la identificación de los mecanismos de defensa en las plantas que los microorganismos patógenos están tratando de cerrar.

Datos adicionales

Los investigadores supusieron durante mucho tiempo que los genes PEN1 y SYP122 han cumplido una función especial en relación con la transición de las plantas de su etapa acuática como algas a plantas terrestres, pero no ha habido evidencia concreta de si en realidad eran un requisito previo para las plantas. ‘ Habilidades defensivas.

Estudios anteriores han demostrado que al destruir el gen PEN1, las plantas pierden su capacidad de defenderse contra los hongos del mildiu polvoriento. Sin embargo, cuando se destruye el gen estrechamente relacionado, SYP122, no sucede nada. Los resultados de la nueva investigación demuestran que, juntos, los dos genes constituyen una clave importante en el mecanismo de defensa de la planta.

Referencia: “Las sintaxinas SYP12 de las plantas median una inmunidad general conservada evolutivamente contra los patógenos filamentosos” por Hector M Rubiato, Mengqi Liu, Richard J O’Connell y Mads E Nielsen, 4 de febrero de 2022, eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487

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