Se han identificado dos genes críticos para las plantas que colonizaron la Tierra hace 470 millones de años.

Investigadores arrojan nueva luz sobre cómo se originó la vida vegetal en la Tierra

investigadores de Universidad de Copenhague Ha arrojado nueva luz sobre cómo se originó la vida vegetal en la superficie de nuestro planeta. Específicamente, demostraron que dos genes son necesarios para que las plantas terrestres se protejan del ataque de los hongos, un mecanismo de defensa que data de hace 470 millones de años. Es probable que estas defensas allanaran 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 casi quinientos millones de años, sentando las bases para la vida en la Tierra. Uno de los obstáculos que hizo tan difícil esta transformación dramática fueron los hongos:

Se estima que hace 100 millones de años, los hongos se arrastraron por la superficie de la Tierra en busca de alimento, muy probablemente encontrados en algas muertas arrastradas por el mar. Entonces, si tú, como una nueva planta, te vas a establecer en el suelo y lo primero que encuentras es un hongo que te come, necesitas algún tipo de mecanismo de defensa”, dice Mads Eggert Nielsen, biólogo de la Departamento de Ciencias Vegetales y Ambientales de la Universidad de Copenhague.

Según Mads Eggert Nielsen y colegas investigadores del Departamento de Ciencias Ambientales y Vegetales y la Universidad de Paris-Sclay, el núcleo de este mecanismo de defensa se puede reducir a dos genes, PEN1 y SYP122. Juntos, ayudan a formar un tipo de componente en las plantas que evita la invasión de hongos y organismos similares a los hongos.

«Descubrimos que si destruimos estos dos genes en nuestro modelo de Arabidopsis, abrimos la puerta para que penetren los hongos patógenos. Descubrimos que son esenciales para la formación de este tapón similar a la pared celular que protege 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, que se publicó en la revista Science. eLife.

Crecí en una fábrica 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 coincidentes en la hepática e insertarlos en cressus, los investigadores examinaron si podían determinar el mismo efecto. La respuesta fue sí.

Experimentos con Arabidopsis Crédito del modelo: Mads Eggert Nielsen

«Aunque las dos familias de plantas a las que pertenecieron Arabidopsis y hepática evolucionaron en direcciones divergentes hace 450 millones de años, continuaron compartiendo funciones genéticas. Creemos que esta familia de genes surgió con el único propósito de manejar este mecanismo de defensa, y así fue Una de las bases de las plantas para establecerse en el suelo”, dice Mads Eggert Nielsen.

La coexistencia de plantas y hongos.

Si bien los hongos fueron un obstáculo para las plantas en su transición de algas marinas a plantas terrestres, también fueron un requisito previo. Mads Eggert Nielsen explica que una vez que las plantas pudieron sobrevivir a los ataques de los hongos que buscaban comérselas en la Tierra, el siguiente problema que enfrentaron fue encontrar los nutrientes:

Las plantas en ambientes acuáticos tienen fácil acceso a los nutrientes disueltos como el fósforo y el nitrógeno. Pero hace 500 millones de años, el suelo tal como lo conocemos hoy no existía, solo rocas. Los nutrientes ligados a las rocas son extremadamente difíciles de obtener para las plantas. Pero no para los hongos. Por otro lado, los hongos no pueden producir carbohidratos, razón por la cual consumen plantas. Aquí es donde se cree que surgió la relación simbiótica entre las plantas y los hongos, que luego se convirtió en la base para la explosión de la vida vegetal terrestre durante este período”.

Las estructuras defensivas que se forman en la planta no matan a la planta ni al hongo, simplemente evitan que el hongo invada.

«Dado que los hongos solo pueden ingresar parcialmente a la planta, creemos que surge un punto de inflexión en el que tanto la planta como el hongo tienen algo que ganar. Por lo tanto, fue útil mantener la relación como está. La teoría de que las plantas domesticaron a los hongos para colonizar la tierra no es nuestra, pero proporcionamos forraje que apoya esta 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, pueden usarse para hacer que los cultivos sean más resistentes a los ataques de hongos, lo cual es un gran problema para los agricultores.

“Si todas las plantas se defienden de la misma manera, esto debería significar que los microorganismos capaces de causar enfermedades, como el oídio, la roya amarilla y la podredumbre de la papa, han encontrado una manera de infiltrarse, detener o evadir las defensas de sus respectivas plantas hospedantes. quiero saber. ¿Cómo lo hacen? Luego intentaremos transferir los componentes defensivos de las plantas resistentes a aquellas plantas que contraen enfermedades, y así lograr la resistencia «, dice Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen participa en un proyecto de investigación en el Departamento de Ciencias Botánicas y Ambientales dirigido por Hans Thordal-Christensen y respaldado por la Fundación Novo Nordisk que se enfoca en hacer que los cultivos sean más resistentes mediante la identificación de mecanismos de defensa en las plantas que los microorganismos causantes de enfermedades están intentando. dirigirse. cerca.

Datos adicionales

Los investigadores supusieron durante mucho tiempo que los genes PEN1 y SYP122 realizaban una función especial con respecto a la transición de las plantas de su fase acuática como algas a plantas terrestres, pero no ha habido pruebas concretas de si son realmente un requisito previo para las plantas. capacidades defensivas.

Estudios anteriores han demostrado que al destruir el gen PEN1, las plantas pierden su capacidad de defenderse contra el mildiú polvoroso. Sin embargo, cuando se destruye el gen estrechamente relacionado, SYP122, no sucede nada. Los nuevos resultados de la investigación muestran que los dos genes juntos constituyen una clave importante en el mecanismo de defensa de la planta.

Referencia: «Las estructuras SYP12 de las plantas median una inmunidad general conservada evolutivamente a los patógenos nematodos» Por Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell y Mads E. Nielsen, 4 de febrero de 2022, disponible aquí. eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.73487