El clima cálido debilita el sistema inmunológico de las plantas, según un estudio

Los científicos llevan mucho tiempo tratando de comprender por qué las plantas se vuelven más vulnerables a las enfermedades cuando aumentan las temperaturas.

Si bien la investigación relevante está en curso, un grupo de investigadores de universidades de todo el mundo buscó formas de restaurar la capacidad de las plantas para defenderse de los patógenos en climas cálidos.

"Las plantas contraen muchas más infecciones a temperaturas cálidas porque su nivel de inmunidad basal es bajo”, dijo Sheng-Yang He, biólogo de plantas de la Universidad de Duke que dirigió el equipo de investigación. "Así que queríamos saber, ¿cómo sienten las plantas el calor? ¿Y podemos arreglarlo para que las plantas sean resistentes al calor?

La estudio , publicado en Nature, se centró en Arabidopsis thaliana, una hierba sin pretensiones ampliamente conocida como berro de oreja de ratón, considerada la "rata de laboratorio de plantas' por biólogos de plantas. Arabidopsis thaliana prospera en los bordes de las carreteras, caminos abiertos y terrenos baldíos y se utiliza en experimentos en todo el mundo debido a su breve ciclo de vida y su genoma corto y fácil de modificar.

Los científicos dijeron que la principal hormona de defensa de Arabidopsis thaliana es el ácido salicílico, que es utilizado por muchas plantas, incluidos los principales cultivos, para resistir las enfermedades. Sin embargo, la producción de ácido salicílico puede verse interrumpida cuando las temperaturas aumentan unos pocos grados.

"Condiciones climáticas extremas asociado con cambio climático afectan muchos aspectos de la vida vegetal y animal, incluida la respuesta a las enfermedades infecciosas”, escribieron los investigadores. "La producción de ácido salicílico, una hormona de defensa central de las plantas, es particularmente vulnerable a la supresión por períodos cortos de clima cálido por encima del rango de temperatura normal de crecimiento de las plantas a través de un mecanismo desconocido”.

Después de años de trabajo de laboratorio, los investigadores aislaron el gen CBP60g, que puede detener la producción de la hormona del ácido salicílico en las plantas cuando aumentan las temperaturas, neutralizando su mecanismo de defensa. La solución pasó por alto genéticamente el gen para restaurar la defensa de la planta a temperaturas más altas.

"Este fue un esfuerzo multianual y multiinstitucional”, dijo Christian Danve Castroverde, biólogo de la Universidad Wilfrid Laurier en Canadá y coautor del estudio. Olive Oil Times.

"En 2013, [nosotros] descubrimos que los períodos cortos de temperatura alta impactan dramáticamente las defensas hormonales de las plantas de Arabidopsis contra la infección por una bacteria llamada Pseudomonas syringae”, agregó. "Después de varios años más, finalmente logramos identificar la base molecular de cómo las condiciones de temperatura cálida suprimen la inmunidad de Arabidopsis”.

Los investigadores pasaron por alto el gen en el laboratorio al agregar un "promotor.' La secuencia de ADN corta obliga al gen a transcribirse (copiar la secuencia de ADN en una molécula de ARN), restaurando la capacidad de Arabidopsis thaliana para producir la hormona del ácido salicílico.

"Incluyendo el receptor de ácido salicílico y los genes biosintéticos, la expresión optimizada de CBP60g fue suficiente para restaurar ampliamente la producción de ácido salicílico, la inmunidad basal y la inmunidad activada por efectores a la temperatura de crecimiento elevada sin compensaciones de crecimiento significativas”, escribieron los investigadores.

El equipo ha comenzado a probar la modificación genética en cultivos alimentarios como la colza. También planean experimentar con más cultivos, incluidos el trigo y las papas. Sin embargo, Castroverde dijo que se requiere una cantidad significativa de investigación de campo antes de aplicar la solución a gran escala.

"Muchas plantas tienen genes similares a CBP60g, y muchas de ellas tienen la capacidad de producir ácido salicílico”, dijo. "Parece que las plantas ya tienen un arma en su arsenal. Nuestro desafío ahora es simplemente aprovechar este poder. En términos de aplicaciones agrícolas, creo que tenemos que esperar hasta que tengamos resultados exitosos en las pruebas de campo”.

Sin embargo, la solución específica propuesta por el equipo de investigación para restaurar el sistema inmunológico de las plantas presupone que los consumidores están dispuestos a aceptar una mayor manipulación genética de sus alimentos.

"As el cambio climático se acelera, estaremos bajo presión para aprender cosas en el laboratorio y llevarlas al campo más rápido”, dijo Marc Nishimura, experto en inmunidad vegetal de la Universidad Estatal de Colorado, que no participó en la investigación. "No puedo ver cómo vamos a hacer esto sin una mayor aceptación de las plantas modificadas genéticamente”.

Otra estudio publicado por investigadores de la Universidad China de Hong Kong en junio advirtió que el rendimiento de los cultivos podría disminuir en un 20 por ciento a nivel mundial para 2050 debido a la contaminación por ozono y los efectos del cambio climático

A pesar de su éxito en restaurar la defensa de Arabidopsis thaliana contra el calor, los investigadores enfatizaron el hecho de que la brecha en la comprensión de cómo un clima cálido influye en la efectividad del sistema inmunológico de la planta es "una preocupación clave para la futura productividad agrícola, la preservación del ecosistema y la aparición de nuevas pandemias de enfermedades de las plantas”.

Sin embargo, agregaron que sus resultados apuntan a que los cultivos se volverán más resistentes en el futuro.

"Pudimos hacer que todo el sistema inmunológico de la planta fuera más robusto a temperaturas cálidas”, dijo He, el biólogo de plantas de Duke. "Si esto también es cierto para las plantas de cultivo, es un gran problema porque entonces tenemos un arma muy poderosa”.

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