Hua Lu de UMBC, profesor de ciencias biológicas, y sus colegas han encontrado nuevos vínculos genéticos entre el ritmo circadiano de una planta esencialmente, un reloj interno y su capacidad para defenderse de enfermedades y plagas. Los hallazgos se produjeron hace 10 años y se publicaronen Comunicaciones de la naturaleza esta semana. Los resultados podrían conducir a plantas que sean más resistentes a los patógenos causantes de enfermedades y a un mejor tratamiento para las enfermedades humanas.
"Es bastante bueno", dice Lu, "porque, tanto en plantas como en animales, las personas comienzan a estudiar la diafonía entre el reloj circadiano y el sistema inmunitario".
El tiempo lo es todo
En respuesta a los ataques diarios de bacterias, hongos y otras plagas, las plantas han desarrollado varias estrategias para protegerse. Las plantas pueden cerrar sus estomas, pequeñas aberturas en el recubrimiento ceroso de sus hojas, para evitar la entrada de algunas bacterias.Pueden producir productos químicos como el ácido salicílico y el ácido jasmónico para repeler las bacterias y los insectos. También producen una gran cantidad de proteínas que son importantes para una defensa exitosa.
Acciones como cerrar estomas, producir ácido salicílico y más suceden en un horario diario, a menudo alcanzando su punto máximo en los momentos en que ciertos patógenos y plagas tienen más probabilidades de estar activos. La naturaleza rítmica de la defensa de las plantas sugiere que las plantas están coordinando su reloj interno consu sistema de defensa para aumentar la efectividad de sus acciones defensivas.
En este estudio, Lu y sus colegas encontraron por primera vez que LUX, un gen central en el reloj circadiano de la planta, es importante para regular la apertura y el cierre de los estomas en momentos específicos del día, y también para activar la defensa mediada porácido salicílico y ácido jasmónico.
En una planta típica, los estomas se abren durante el día, para permitir el intercambio de gases necesarios para la fotosíntesis. Luego se cierran por la noche, para evitar la pérdida de agua. Los estomas también se cierran en respuesta a los ataques de patógenos durante el día. Responden mínimamente a unataque por la noche, porque ya están cerrados.
Sin embargo, en plantas con una versión no funcional del gen LUX, Lu descubrió que los estomas están abiertos tanto de día como de noche. Durante un ataque diurno, los estomas permanecen abiertos más anchos que las plantas normales. Sin embargo, durante un ataque nocturno,algunos de los estomas se cierran. Esto significa que las plantas que carecen de un gen LUX funcional tienen menos control sobre cuándo se abren sus estomas, lo que permite la entrada de patógenos más oportunistas. Esta distinción indica que LUX es fundamental para el momento de la respuesta de defensa impulsada por los estomas,atar la defensa al reloj circadiano de una manera nueva.
La investigación de Lu también se sumerge en la relación entre el gen LUX y los químicos de defensa ácido salicílico y ácido jasmónico. Si bien se sabía que el reloj circadiano puede regular las respuestas de defensa, este artículo muestra que lo contrario también es cierto: "Un ajuste adecuadoel reloj circadiano es importante para la activación de la defensa. Cuando la defensa se activa, puede retroalimentarse para regular el reloj circadiano ", dice Lu.
El equipo de investigación demostró específicamente que la presencia de LUX es necesaria para la señalización normal del ácido jasmónico. A su vez, el ácido jasmónico también afecta la expresión de LUX y el reloj circadiano. Esta regulación recíproca entre el reloj circadiano y la señalización de defensa ayuda a las plantas a equilibrar su energíautilizar para crecimiento normal y desarrollo y respuestas de defensa.
De granjas a farmacias
Lu está interesada en seguir investigando para descubrir cómo el tiempo influye en el sistema de defensa de la planta. ¿Cómo afecta el reloj circadiano a múltiples aspectos de las respuestas de defensa? ¿Qué moléculas de patógenos y plagas interfieren con el reloj circadiano de una planta y posteriormente limitan su capacidad paraprotegerse a sí mismos: comprender mejor cómo los genes del reloj controlan la defensa de las plantas y cómo los patógenos interactúan con los sistemas de defensa de las plantas podrían beneficiar a la agricultura y más allá.
"Los patógenos están en todas partes todo el tiempo. A menudo, la forma más activa de un patógeno varía durante el día. Además, las plantas pueden tener diferentes estrategias de defensa en diferentes momentos del día", explica Lu. "Entonces, cuándo es el mejor momento paraaplicar pesticidas? Eso podría depender del patógeno, su modo de infección y el comportamiento de sus plantas de cultivo. Creo que las pruebas de campo son necesarias para determinar el mejor momento para aplicar productos químicos para lograr la mayor eficacia en la prevención de la infección o la propagación deinfección."
En general, un menor uso de pesticidas reduciría la escorrentía de productos químicos en las vías fluviales y reduciría los costos para los agricultores. El uso reducido de antibióticos podría ayudar a detener la resistencia a los antibióticos, lo que también beneficiaría a los humanos.
Además, las plantas no son las únicas cuya actividad del sistema inmune fluctúa a lo largo del día. Los sistemas animales también tienen ciclos diarios. Por lo tanto, "se pueden aplicar ideas similares al campo médico", dice Lu.
Existen similitudes entre las formas en que las plantas y los animales interactúan con sus patógenos y plagas a nivel molecular. Quizás en el futuro, su receta venga con instrucciones específicas de tiempo, o su cirugía se programará en función de la actividad de su sistema inmunológico.
Ciencia en acción
Lu dice que toda su investigación, y este documento de varias partes en particular, está dirigido por los miembros de su laboratorio. "Es genial trabajar con tanta gente dedicada", dice ella. "Sin ellos, no podría hacerlo."
Eso incluye al becario posdoctoral Chong Zhang, que ahora trabaja para el USDA, y al actual postdoctorado Min Gao, coautores del nuevo trabajo. Cinco estudiantes universitarios y un estudiante de secundaria también contribuyeron a este proyecto a largo plazoAlgunos de los experimentos requieren pruebas cada cuatro horas durante un período de 24 horas, lo que significa que alguien estaba durmiendo en un sofá en el laboratorio cuando estaban en camino.
En general, los miembros del equipo de Lu están impulsados por los beneficios potenciales que su trabajo podría contribuir a la sociedad. Están entusiasmados con la perspectiva de mejorar los rendimientos de los cultivos para alimentar a una población en crecimiento, reducir la contaminación o los efectos secundarios para el tratamiento médico humano a través del tiempo mejoradoy dosificación.
"Este campo me interesa porque puedo ver que mi trabajo tiene algunas aplicaciones prácticas, y creo que eso es importante", dice Lu. "Ese debería ser el objetivo de todos los científicos: utilizar su conocimiento en la vida real".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland, condado de Baltimore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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