Se ha utilizado un enfoque molecular para identificar la proteína responsable de la germinación de las semillas de Striga a través de la visualización mediante fluorescencia verde. Striga, una planta parásita conocida como bruja ha afectado seriamente a millones de hectáreas de campos de cultivo en África que representan una gran amenaza para los alimentosSin embargo, el mecanismo exacto sobre cómo las semillas de Striga detectan los cultivos hospedantes no ha sido completamente claro hasta ahora. En un nuevo estudio publicado en Science, los químicos y biólogos de ITbM se han unido para desarrollar una nueva molécula de visualización para examinar el proceso de Strigagerminación. Se espera que el resultado de este estudio acelere la investigación para controlar el crecimiento de Striga y ahorrar pérdidas de cultivos por valor de miles de millones de dólares estadounidenses cada año.
Striga es una planta parásita que afecta principalmente a partes de África. A pesar de su hermosa floración de color rosa púrpura, Striga es una gran amenaza para los cultivos alimentarios, como el arroz y el maíz, ya que infesta la planta de cultivo huésped a través de sus raíces al privarlos desus nutrientes y agua. La planta huésped finalmente se marchita, lo que lleva a pérdidas de rendimiento en aproximadamente 40 millones de hectáreas de tierra, por un valor de más de 10 mil millones de dólares, lo que afecta a más de 100 millones de personas. Sin embargo, el mecanismo completo sobre cómo Striga detecta la presencia de lalas plantas hospedantes no han sido claras hasta ahora y se están haciendo esfuerzos para desarrollar nuevos métodos para combatir Striga.
Se sabe que Striga detecta las plantas de cultivo huésped de una clase de hormonas vegetales llamadas estrigolactonas liberadas por las plantas. Se sabe que las estrigolactonas son responsables de controlar la ramificación de los brotes y atraer los hongos micorrícicos presentes en el suelo, que suministran nutrientes a la planta.aumentar la síntesis de estrigolactona cuando están en un estado de desnutrición para restringir su crecimiento y obtener nutrientes de los hongos. Sin embargo, las estrigolactonas también desencadenan la germinación de Striga, lo que en realidad conduce a una mayor privación de nutrientes de la infestación en lugar de escapar de la desnutrición.
"Me di cuenta de que debe haber un receptor de proteína en Striga que pueda detectar pequeñas cantidades de estrigolactona producida por la planta huésped", dice Yuichiro Tsuchiya, biólogo de plantas del Instituto de Biomoléculas Transformativas ITbM de la Universidad de Nagoya.Dado que Striga generalmente crece al parasitar a una planta huésped, la intractabilidad genética de Striga ha sido la principal barrera para identificar su mecanismo de germinación. "Estaba analizando derivados de estrigolactona disponibles comercialmente con la esperanza de encontrar moléculas que puedan identificar el receptor de estrigolactona responsable de la germinación enStriga ". Se sabe que Striga se marchita y muere si no puede encontrar un huésped después de la germinación. Por lo tanto, las moléculas que pueden inducir artificialmente la germinación de Striga serían un agroquímico prometedor para controlar la germinación de Striga y así prevenir el parasitismo hacia los cultivos.
Tsuchiya se unió a la Universidad de Nagoya en 2013 y coincidió con el estudiante graduado Masahiko Yoshimura, un químico sintético, en un laboratorio analítico comunal. Al cruzarse varias veces, Tsuchiya comenzó a hablar sobre su investigación con Yoshimura, quien rápidamente expresó interés enLa investigación de Tsuchiya. Junto con Shinya Hagihara, profesor asociado de ITbM que también es químico, Yoshimura diseñó una molécula similar a la estrigolactona, que sintetizó en dos días.
"Realmente me sorprendió lo rápido que Yoshimura-kun sintetizó la molécula sonda", dice Tsuchiya. "Esto es obviamente el resultado del extenso entorno colaborativo de ITbM entre química y biología".
"Llamamos a la molécula 'Yoshimulactone YLG', que está diseñada para generar fluorescencia verde al reaccionar y ser descompuesta por receptores de proteínas que detectan estrigolactonas en Striga", dice Hagihara.
Yoshimura trató por primera vez una planta modelo de Arabidopsis con Yoshimulactona y descubrió que controla la ramificación de los brotes de la misma manera que lo hace con las estrigolactonas, lo que indica que exhibe una bioactividad similar. Cuando las semillas de Striga se trataron con Yoshimulactona, el equipo observó la germinación de las semillas junto confluorescencia verde.
"Nuestras investigaciones muestran que las semillas de Striga poseen receptores de proteína de estrigolactona", dicen Tsuchiya y Hagihara. "También pudimos identificar las proteínas reales responsables de la germinación de semillas en Striga con la observación de fluorescencia verde, que apareció después del tratamiento con Yoshimulactone."
Un análisis adicional de las semillas de Striga con Yoshimulactone reveló que el mecanismo de parasitación de Striga probablemente funcione mediante el reconocimiento inicial de una planta huésped cercana mediante la detección de estrigolactonas y sus derivados. Este punto de reconocimiento eventualmente se convierte en la punta de la raíz de Striga y desencadena el despertar detoda la semilla de Striga, que luego estimula el crecimiento de la raíz hacia la planta huésped.
"Para ser honesto, no sabía sobre Striga antes de comenzar esta investigación y no tenía ni idea de que una planta con flores rosadas tan bonitas podría tener un efecto tan devastador en los cultivos", dice Yoshimura. "Tenía algunos conocimientos sobre fluorescentesmoléculas, lo que me ayudó a diseñar las moléculas de la sonda. Aunque no tenía experiencia en biología, realmente disfruté realizando los experimentos con plantas y descubriendo un componente clave que podría arrojar luz para resolver la inseguridad alimentaria causada por Striga ".
La razón principal por la cual el problema de Striga ha sido tan difícil de superar surge de la estrategia de supervivencia única de Striga. Las semillas de Striga son de tamaño pequeño aproximadamente 0.3 mm y se dispersan fácilmente por el viento. Además, las semillas de Striga permanecen latentes enel suelo durante décadas hasta que encuentra una planta huésped. Al detectar la planta huésped en las proximidades, las semillas parásitas germinan e infestan la planta huésped. Después de absorber los nutrientes y el agua de la planta huésped, la planta Striga florece y genera más semillas.Este efecto de bola de nieve hace que sea extremadamente difícil exterminar Striga una vez que un campo de cultivo se ve afectado por él, y puede conducir a un fracaso total de la cosecha en casos severos.
"Mi interés por Striga surgió desde 2004, cuando estudiaba la germinación de plantas a través de la detección de derivados de estrigolactona en Canadá", dice Tsuchiya. "Tuve la suerte de poder resolver el misterio largamente buscado de los receptores de estrigolactona en Striga por las moléculas sintetizadasen ITbM. Espero ir a África para salvar los campos de cultivo afectados por Striga utilizando nuestro nuevo enfoque molecular ", continúa.
El equipo de investigación de ITbM está trabajando actualmente en el desarrollo de nuevas moléculas para controlar la germinación de Striga y prevenir el parasitismo hacia las plantas de cultivo.
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Materiales proporcionado por Instituto de Bio-Moléculas Transformativas WPI-ITbM, Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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