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 la vida vegetal se estableció en la superficie de la Tierra

Investigadores de la Universidad de Copenhague arrojar nueva luz sobre cómo la vida vegetal se estableció en la superficie de nuestro planeta. En particular, demostraron que dos genes son cruciales para que las plantas terrestres se protejan contra los ataques 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, biólogo de la Universidad de Copenhague.

Las plantas evolucionaron de algas acuáticas a la capacidad de sobrevivir en la tierra hace unos 500 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 hace 100 millones de años, los hongos se deslizaron por la superficie de la Tierra en busca de alimento y lo más probable es que lo encontraran en algas muertas arrastradas al mar. Entonces, si usted, como una nueva planta, fuera a establecerse en la tierra y lo primero que encontrabas era un hongo que te devoraba, necesitabas algún tipo de mecanismo de defensa”, dice Mads Eggert Nielsen, biólogo del Departamento de Ciencias de Plantas y Medio Ambiente 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.

“Hemos descubierto que si destruimos estos dos genes en nuestra planta modelo, Arabidopsis (Arabidopsis), abrimos la puerta a la entrada de hongos patógenos. Descubrimos que son esenciales para formar ese 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, publicado en la revista. eLife.

Procedente de una planta de 470 millones de años

El equipo de investigación probó 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 Arabid, los investigadores examinaron si podían identificar el mismo efecto. La respuesta fue sí.

Experimentos en la planta modelo Arabidopsis (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, fue una de las bases para que las plantas se establecieran en la tierra”, explica Mads Eggert Nielsen.

Una simbiosis entre plantas y hongos

Si bien los hongos fueron 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 que enfrentaron fue encontrar nutrientes, dice Mads Eggert Nielsen:

“Los nutrientes disueltos como el fósforo y el nitrógeno están fácilmente disponibles para las plantas en ambientes acuáticos. Pero hace 500 millones de años, el suelo como lo conocemos hoy no existía, solo rocas. Además, los nutrientes ligados a las rocas son extremadamente difíciles de obtener para las plantas. Pero no para las setas. Por otro lado, los hongos no pueden producir carbohidratos, por lo que consumen plantas. Fue aquí donde se cree que surgió una relación simbiótica entre plantas y 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 a la planta ni al hongo, simplemente evitan que el hongo invada.

“Dado que un hongo solo puede penetrar parcialmente en una planta, creemos que se produce un punto de inflexión en el que tanto la planta como el hongo tienen algo que ganar. Por lo tanto, ha sido beneficioso mantener la relación como La teoría de que las plantas domesticaron a los hongos para colonizar la tierra. no es nuestro, pero proporcionamos forraje que respalda esa idea”, dice Mads Eggert Nielsen.

Se puede aplicar en la agricultura.

Los nuevos hallazgos agregan 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 al ataque de hongos, que es un problema importante para los agricultores.

“Si todas las plantas se defienden de la misma manera, debe significar que los microorganismos causantes de enfermedades, como el mildiu polvoriento, la roya lineal y el moho de la patata, han encontrado una forma de colarse”, extinguir o escapar de las defensas de su respectivo huésped. plantas. Queremos saber cómo lo hacen. Luego intentaremos transferir los componentes defensivos de las plantas resistentes a las plantas que enferman, y así conseguir resistencia”, explica 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 tiene como objetivo hacer que los cultivos sean más resistentes mediante la identificación de los mecanismos de defensa de las plantas que los microorganismos causantes de enfermedades intentan para desconectar.

Datos adicionales

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

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

Referencia: “SYP12 Plant Syntaxins Mediate Evolutionably Conservated General Immunity Against Filamentous Pathogens” 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