Dodder, una planta parásita que causa grandes daños a los cultivos en los EE. UU. Y en todo el mundo cada año, puede silenciar la expresión de genes en las plantas hospedadoras de las que obtiene agua y nutrientes. Esta regulación de genes entre especies, que incluye genes quecontribuir a la defensa de la planta huésped contra los parásitos, nunca antes se había visto desde una planta parásita. Comprender este sistema podría proporcionar a los investigadores un método para diseñar plantas para que sean resistentes al parásito. Un documento que describe la investigación de un equipo que incluye científicos enPenn State y Virginia Tech aparecen el 4 de enero de 2018 en la revista Naturaleza .
"Dodder es un parásito obligado, lo que significa que no puede vivir solo", dijo Michael J. Axtell, profesor de biología en Penn State y autor del artículo. "A diferencia de la mayoría de las plantas que obtienen energía a través de la fotosíntesis,el dodder extrae el agua y los nutrientes de otras plantas conectándose con el sistema vascular del huésped mediante estructuras llamadas haustoria. Pudimos demostrar que, además de los nutrientes que fluyen hacia el dodder desde la planta huésped a través de la haustoria, el dodder pasa los microARN haciasu planta huésped que regula la expresión de los genes del huésped de una manera muy directa ".
Los microARN son fragmentos muy cortos de ácido nucleico, el material del ADN y el ARN, que pueden unirse a los ARN mensajeros que codifican proteínas. Esta unión del microARN al ARN mensajero evita que se forme la proteína, ya sea bloqueando el procesodirectamente o activando otras proteínas que cortan el ARN mensajero en trozos más pequeños. Es importante destacar que los pequeños restos del ARN mensajero pueden funcionar como microARN adicionales, uniéndose a otras copias del ARN mensajero, causando un mayor silenciamiento génico.
"Dodder parece activar la expresión de estos microARN cuando entra en contacto con la planta huésped", dijo James H. Westwood, profesor de patología de plantas, fisiología y ciencia de malezas en Virginia Tech y otro autor del artículo."Lo que fue realmente interesante es que los microARN se dirigen específicamente a los genes del huésped que participan en la defensa de la planta contra el parásito".
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 del dodder se dirige al ARN mensajero que codifica esta proteína, que luego ayuda a mantener un flujo libre de nutrientes al parásito. El gen que codifica esta proteína de coagulación tiene una secuencia muy similar en muchas especies de plantas, y los investigadores mostraron queel microARN del dodder se dirige a las regiones de la secuencia génica que están más conservadas entre las plantas. Debido a esto, el 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 microARN en el tejido solo del parásito, la planta huésped sola y una combinación de dos. Al comparar los datos de secuencia de estas tres fuentes, pudieron identificar los microARN del estiércol que habían ingresado a la plantaLuego midieron la cantidad de ARN mensajero de los genes que fueron atacados por los microARN dodder y vieron que el nivel de ARN mensajero del huésped se redujo cuando estaban presentes los microARN dodder.
"Junto con ejemplos anteriores de pequeño intercambio de ARN entre hongos y plantas, nuestros resultados implican que esta regulación de genes entre especies puede estar más extendida en otras interacciones entre plantas y parásitos", dijo Axtell. "Entonces, con este conocimiento, el sueñoes que eventualmente podríamos usar la tecnología de edición de genes para editar los sitios objetivo de microARN en las plantas huésped, evitando que los microARN se unan y silencien estos genes. La resistencia de ingeniería al parásito de esta manera podría reducir el impacto económico del parásito en las plantas de cultivo."
Además de Axtell y Westwood, el equipo de investigación incluye a Saima Shahid, Nathan R. Johnson, Eric Wafula, Feng Wang, Ceyda Coruh y Claude W. dePamphilis en Penn State; Gunjune Kim y Vivian Bernal-Galeano en Virginia Tech;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. El Instituto Penn State Huck de Ciencias de la Vida brindó apoyo adicional.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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