Las semillas heredan los recuerdos de los enemigos
La planta de Arabidopsis de la izquierda recibió un tratamiento de preparación antes de la infección con bacterias y no muestra signos de enfermedad. La planta de la derecha es una planta de control sin tratar. BRIGITTE MAUCH-MANI
Después de que las plantas adquieren resistencia a las plagas y patógenos, sus retoños brotan del suelo con mejores defensas. Los hallazgos, publicados en una serie reciente de artículos en Fisiología vegetal, son los primeros en identificar pequeños ARN de interferencia (siARN) como un posible mecanismo de esta respuesta de memoria heredada, y sugieren una nueva estrategia para controlar las plagas de los cultivos.
“Es algo así como poner una vacuna a los padres y ver inmunidad en el niño” dijo Andrei Alyokhin, quien estudia las interacciones entre insectos y plantas en la Universidad de Maine y no participó en la investigación. «Podría ayudar con el problema de las plagas: la resistencia inducida en las plantas es un enfoque extremadamente infrautilizado».
Las plantas eventualmente llegan a conocer a sus enemigos. Cuando una oruga…
Esta es la razón por la cual George Jander del Instituto Boyce Thompson para la Investigación de Plantas en Ithaca, Nueva York, y sus colegas exponen intencionalmente sus plantas de tomate a las orugas. El cebado aumenta la resistencia, y ahora estamos viendo la herencia en la próxima generación, dijo.
Jander y sus colegas colocaron un gusano cogollero en cada una de las casi cien plántulas de tomate. Los investigadores expusieron de manera similar las malas hierbas de Arabidopsis a las larvas de mariposa de la col blanca. Luego plantaron una segunda generación de plantas en un ambiente libre de plagas e introdujeron los insectos después de varias semanas. . Efectivamente, la descendencia de las plantas expuestas a las plagas sufrió menos daños en las hojas, y las orugas crecieron entre un 30 y un 50 por ciento del tamaño de los insectos que plagaron las plantas madre. En Arabidopsis, esta preparación incluso se transmitió a una tercera generación: los nietos de las plantas infestadas mostraron una mayor resistencia, incluso cuando sus padres no habían estado expuestos.
Y el enfoque puede ser aplicable a una amplia gama de especies de plagas. Por ejemplo, después de infestar las plantas progenitoras con la polilla de la espalda de diamante, Jander descubrió que la mariposa de la col blanca y el gusano soldado de la remolacha eran más pequeños y menos abundantes en las plantas de la progenie. Sin embargo, extrañamente, la polilla de espalda de diamante devoraba las hojas como de costumbre, lo que plantea la pregunta de qué tan específicas son estas respuestas de defensa.
las interacciones funcionan, dijo Sergio Rasmann, biólogo de la Universidad de Lausana en Suiza que colabora con Jander. También podría ser que las plantas activen la misma defensa independientemente de lo que se esté alimentando de ellas, dijo Jander.
Echando un vistazo más de cerca a los mecanismos de herencia, Rasmann primero recurrió a los pequeños ARN de interferencia (ARNsi)a clase de moléculas tan pequeñas que potencialmente pueden difundirse a través de la planta desde las hojas hasta una semilla en desarrollo. Cuando cultivó mutantes que carecían de siRNA, las plantas de segunda generación no mostraron signos de una respuesta de defensa heredada. Parece que no se pueden cebar las semillas sin los ARNip, dijo Rasmann.
Los hallazgos son los primeros en demostrar un papel de los ARNip en el cebado de próxima generación, escribió Ian Baldwin, del Instituto Max Planck en Jena, Alemania. , que no participó en la investigación, en un correo electrónico a The Scientist. Pero exactamente cómo funcionan no está claro. Los siRNA reales que se transmiten a las semillas y sus objetivos aún deben identificarse.
Jander cuestiona si los siRNA sirven como vehículo de herencia. [Podrían] también pasar a la semilla y catalizar la metilación del ADN, dijo. De hecho, después de infestar plantas de Arabidopsis con la bacteria virulenta Pseudomonas syringae, investigadores de la Universidad de Sheffield encontraron evidencia de la regulación combinada de la metilación y la modificación de histonas.
Los hallazgos sugieren una nueva forma en que los agricultores podrían proteger a las futuras generaciones de cultivos: recolectar semillas de plantas infestadas para cultivar plantas más fuertes el año siguiente. Los agricultores probablemente no querrán depender solo de esto, pero cuando [el cebado de próxima generación] se incorpora a la agricultura orgánica como uno de los muchos métodos, puede ayudar, dijo Jander.
Las granjas de semillas podrían incluso emplear bacterias benignas, según los resultados publicados por Brigitte Mauch-Mani en la Universidad de Neushtel en Suiza. Cuando el equipo expuso las plantas a una cepa transformada de Pseudomonas syringae que activaba las defensas pero no la enfermedad, la descendencia era aún más resistente a la virulenta bacteria.
Aunque para aplicaciones a escala industrial, podría ser más fácil usar productos químicos de baja toxicidad para activar las defensas moleculares instigadas por bacterias y herbívoros, dijo Jander. Recientemente roció plantas que nunca habían estado expuestas a las orugas con la hormona jasmonato de metilo y descubrió que las crías eran más resistentes a las enfermedades que los grupos de control. Si la tecnología química se puede perfeccionar, podría ayudar a los investigadores a amplificar la respuesta de defensa heredada.
La idea es muy nueva y hay mucho trabajo por hacer, dijo Rasmann. Pero si podemos aprovechar la respuesta de la próxima generación, podría reducir las abrumadoras cargas de campos de cultivo a los que se aplican pesticidas en la actualidad.
E. Luna et al., Resistencia sistémica adquirida de última generación, Fisiología vegetal, 158: 844-53, 2012.
S. Rasmann et al., La herbivoría en la generación anterior prepara a las plantas para mejorar la resistencia a los insectos, Plant Physiology, 158: 854-63, 2012.
A . Slaughter et al., Descendientes de plantas preparadas de Arabidopsis exhiben resistencia al estrés biótico, Plant Physiology, 158: 835-43, 2012.
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