Los científicos de la Universidad de Indiana han modificado un gen vegetal que normalmente combate la infección bacteriana para conferir resistencia a un virus.
El método, descrito en un artículo que se publicará el 12 de febrero en la revista ciencia , es la primera vez que se altera el sistema de defensa innato de una planta para ofrecer resistencia a una nueva enfermedad. También es objeto de una solicitud de patente por parte de IU Research and Technology Corp.
"Nuestros resultados sugieren que este método, que implica una sola alteración menor de un gen existente, es ampliamente aplicable a una amplia gama de enfermedades que afectan a las plantas de importancia económica", dijo Roger Innes, profesor en el IU Bloomington College of Arts yDepartamento de Ciencias de la Biología, quien dirigió el estudio.
Esto no solo incluye infecciones virales y bacterianas, sino también enfermedades causadas por hongos, oomicetos, microorganismos similares a hongos que causaron la hambruna irlandesa de la papa, y gusanos nematodos. Globalmente, las enfermedades de los cultivos afectan a miles de millones de personas cada año a través de la pérdida de ingresos ysuministro de alimentos.
Los resultados son el resultado de casi 20 años de investigación sobre inmunidad vegetal por parte de Innes. Su trabajo ha sido financiado continuamente por los Institutos Nacionales de Salud o la Fundación Nacional de Ciencias desde 1991, incluida una subvención de la NSF otorgada en enero para aplicar la tecnología utilizadaen este estudio para cultivar plantas.
También contribuyeron a la investigación Sang-Hee Kim, Dong Qi y Tom Ashfield, que eran asociados postdoctorales en el Departamento de Biología en el momento del estudio que informaron hoy, así como Matthew Helm, que era un estudiante graduado.
A diferencia del sistema inmune humano, que crea anticuerpos específicos que se unen directamente a las moléculas del patógeno, las plantas detectan la presencia de patógenos indirectamente al detectar el daño que causan dentro de una célula. Una vez que se detecta un patógeno, las plantas montan una fuerte respuesta de defensa que las paredesfuera del patógeno, privándolo de comida y agua.
El laboratorio de Innes investiga las proteínas vegetales que detectan este daño inducido por el patógeno. Han descubierto que estos sensores son altamente específicos, y la mayoría reconoce solo un subconjunto muy pequeño de patógenos. Otros grupos han intentado, con poco éxito,ampliar la especificidad de estos sensores para desarrollar cultivos con sistemas inmunes más fuertes.
En lugar de tratar de construir un mejor sensor, el equipo de IU eligió crear proteínas "señuelo" que serían atacadas por las enzimas que los patógenos usan para causar enfermedades. Cuando las proteínas sensores existentes detectan la modificación de estas proteínas señuelo por las enzimas del patógeno,la resistencia se activa y es una tarea relativamente fácil modificar estas proteínas señuelo para detectar una gran variedad de patógenos, dijo Innes.
Utilizando este enfoque de señuelo, el equipo de IU pudo ampliar la capacidad de reconocimiento de una proteína del sensor que normalmente detecta el patógeno bacteriano Pseudomonas syringae para detectar dos patógenos virales diferentes, el virus del mosaico del nabo y el virus del grabado del tabaco, expandiendo la resistencia a las enfermedades delplanta.
"Comparamos este enfoque para cambiar el cebo en una trampa para ratones", dijo Innes. "Excepto en lugar de atrapar un ratón, el cebo modificado nos permite atrapar un animal completamente diferente. Y como la mayoría de los patógenos usan enzimas similares para causar enfermedades,Este enfoque general de 'señuelo' debería permitir la ingeniería de resistencia duradera a muchos tipos de virus vegetales, así como a hongos y otros patógenos ".
Los experimentos del equipo de IU se realizaron en Arabidopsis thaliana , una planta de mostaza también conocida como berro thale, berro de oreja de ratón o Arabidopsis . El equipo está trabajando actualmente para reproducir sus resultados en soja y cebada, ya que ambos cultivos responden a P. syringae utilizando el mismo mecanismo que Arabidopsis .
Una fuente importante de alimentos y biocombustibles, la soja es el sexto cultivo más común en el mundo. En los Estados Unidos, Indiana ocupó el segundo lugar en producción de soja en 2012, según un informe del Centro de Investigación de Negocios de Indiana en la Escuela IU Kelley deNegocio.
La soja también es uno de los muchos cultivos que enfrentan crecientes amenazas de enfermedades por el cambio climático. Estos incluyen el virus del mosaico de la soya, que ahora se propaga rápidamente hacia el norte por el pulgón de la soja, y la roya asiática de la soya, una enfermedad fúngica de América del Sur cuya llegada a los Estados Unidos en 2005actualmente está bajo control de pesticidas tóxicos para peces e invertebrados.
"A medida que aumentan las temperaturas, nuevas enfermedades de insectos y hongos migrarán cada vez más a Norteamérica", dijo Innes. "Al desarrollar nuevos métodos genéticos para resistir estos patógenos en los cultivos, esperamos que nuestro trabajo desempeñe un papel en la reducción de estas amenazassin introducir nuevos químicos en el medio ambiente "
Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation, los Institutos Nacionales de Salud e IU.
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Materiales proporcionado por Universidad de Indiana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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