Científicos hallan defensa contra un hongo que amenaza el suministro de alimentos mundial

Científicos del John Innes Centre en el Reino Unido han descubierto un prometedor método para proteger algunos de los cultivos alimentarios más importantes del mundo de un hongo destructivo que amenaza la seguridad alimentaria global. Mediante la ingeniería de las defensas naturales de las plantas, los investigadores desarrollaron un enfoque experimental que podría ayudar a que el trigo, el arroz y la cebada resistan infecciones fúngicas de manera más eficaz.

El equipo de investigación internacional investigó un grupo recientemente descubierto de receptores inmunes de plantas. Identificaron cómo estas proteínas reconocen patógenos invasores y demostraron que pueden ser modificadas para detectar múltiples amenazas fúngicas. Los hallazgos podrían abrir la puerta a cultivos con una resistencia a enfermedades más fuerte y duradera.

El objetivo de la investigación fue el hongo Magnaporthe oryzae, responsable de la enfermedad del blast, que causa la enfermedad fúngica más grave que afecta al arroz cultivado y se ha convertido en una amenaza importante para el trigo y la cebada en partes de Asia y África. Cada año, el blast del arroz destruye suficiente arroz como para alimentar a aproximadamente 60 millones de personas. A medida que el hongo se expande a más regiones agrícolas, se vuelve cada vez más importante desarrollar formas efectivas de proteger los cultivos para garantizar la seguridad alimentaria global.

El hongo infecta las plantas a través de una sofisticada estrategia biológica. Libera moléculas especializadas conocidas como efectores en las células de las hojas y tallos. Estas moléculas interfieren con las funciones normales de la planta, permitiendo que el patógeno establezca una infección y promueva la enfermedad.

Sin embargo, las plantas han evolucionado sus propios sistemas de defensa. Los receptores inmunes especializados pueden reconocer estas moléculas extranjeras y desencadenar una respuesta protectora. Un mecanismo importante consiste en causar la muerte de las células infectadas en un área controlada y localizada, ayudando a prevenir que el patógeno se propague más a través de la planta.

Durante más de tres décadas, gran parte de la investigación sobre la inmunidad de las plantas se centró en proteínas llamadas receptores de unión a nucleótidos y ricos en leucina (NLRs). Estas proteínas han jugado un papel central en la comprensión de cómo los cultivos reconocen y se defienden contra la enfermedad del blast y otras infecciones.

Más recientemente, los científicos comenzaron a investigar otro grupo de proteínas inmunes encontradas en cultivos de cereales, conocidas como proteínas quinasa en tándem (TKPs). Aunque los investigadores todavía están aprendiendo cómo operan estos receptores, parecen ofrecer oportunidades adicionales para fortalecer las defensas de las plantas.

Estudios anteriores revelaron que algunos TKPs contienen una región especializada llamada dominio asociado a metales pesados (HMA). Regiones similares también se encuentran en ciertos receptores NLR, donde ayudan a reconocer los efectores de los patógenos e iniciar respuestas inmunes. Esta característica compartida atrajo la atención del profesor Mark Banfield y sus colegas, ya que sugiere que los científicos podrían rediseñar los receptores para reconocer amenazas fúngicas adicionales.

En el estudio, publicado en Science Advances, los investigadores examinaron con precisión cómo los dominios HMA interactúan con las moléculas liberadas por el hongo blast. Utilizando técnicas biofísicas y cristalografía, el equipo obtuvo una vista tridimensional de alta resolución de cómo estos receptores de plantas se unen a los efectores fúngicos. Los resultados revelaron que los dominios HMA pueden funcionar como cebo biológico. Al unirse a las moléculas que el hongo utiliza durante la infección, estas regiones ayudan a las plantas a reconocer la presencia de un patógeno invasor y activar sus defensas.

Con esta información estructural, los investigadores modificaron los receptores inmunes TKP para que pudieran reconocer dos efectores fúngicos diferentes asociados con infecciones en trigo y cebada. Esta capacidad de detectar múltiples objetivos, conocida como especificidad dual, es inusual en los receptores inmunes que ocurren naturalmente. Demostrar que se puede introducir a través de la ingeniería de proteínas sugiere una forma prometedora de expandir el rango de amenazas que los sistemas inmunes de los cultivos pueden reconocer.

Aunque los hallazgos son alentadores, la tecnología se encuentra en una etapa experimental temprana. Los investigadores realizaron sus pruebas iniciales utilizando protoplastos, células individuales de trigo que sirven como un modelo simplificado para estudiar cómo responden los tejidos vegetales. El siguiente paso es determinar si los receptores modificados pueden proporcionar una protección efectiva en plantas completas cultivadas en condiciones controladas de invernadero.

Entender exactamente cómo los efectores fúngicos se adhieren a los receptores inmunes de las plantas también podría ayudar a los investigadores a aprovechar otras tecnologías. La cría de precisión y la inteligencia artificial podrían proporcionar formas adicionales de rediseñar los dominios HMA, permitiéndoles reconocer moléculas de patógenos que anteriormente escaparon a la detección.

Una posibilidad particularmente prometedora implica combinar diferentes tipos de receptores inmunes dentro del mismo cultivo. Dado que los NLRs y los TKPs parecen activar las defensas de las plantas a través de diferentes mecanismos, usarlos juntos podría crear varias capas de protección. Esto podría dificultar que los hongos evolucionen formas de eludir el sistema inmunológico de una planta.

La necesidad de una mejor protección se vuelve más urgente a medida que la enfermedad del blast continúa amenazando los principales cultivos alimentarios. El blast del trigo fue identificado por primera vez en Brasil durante la década de 1980 y desde entonces se ha expandido a partes de Asia y África. Aunque la enfermedad no se ha detectado en el Reino Unido, el cambio climático podría eventualmente crear condiciones que permitan que amenace la producción de cereales en el norte de Europa.

Los agricultores enfrentan un desafío serio debido a la aparición de la enfermedad del blast en nuevas regiones, especialmente porque el hongo puede amenazar cultivos que son esenciales para alimentar a grandes poblaciones. Al revelar cómo una clase de receptores inmunes de plantas, que anteriormente había sido poco explorada, puede ser diseñada para reconocer múltiples amenazas fúngicas, los investigadores han identificado una posible nueva estrategia para proteger las cosechas futuras. Se requerirán más pruebas para establecer si estas defensas modificadas funcionan efectivamente en plantas completas y bajo condiciones agrícolas. Si tienen éxito, la combinación de diferentes receptores inmunes podría ayudar a los científicos a desarrollar cultivos con una protección más resiliente contra una de las enfermedades fúngicas más destructivas de la agricultura.

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