Orgánulos de intercambio de células vegetales

ARRIBA: Las células vegetales forman una unión de injerto entre células. Los plástidos están etiquetados en rojo en todo el injerto y los núcleos y el citosol están etiquetados en azul en un lado del injerto (abajo). El intercambio del genoma de los plástidos se indica mediante puntas de flecha. HERTLE ET AL., SCIENCE ADVANCES, 2021

Experimentos genéticos anteriores han demostrado que, cuando las plantas se injertan juntas, los genomas completos pueden moverse entre el huésped y el injerto, pero no estaba claro cómo viajaba el material genético. En un estudio publicado el 1 de enero en Science Advances, los investigadores demostraron que orgánulos enteros pueden moverse entre las células de las plantas, trayendo consigo sus genomas.

En los estudios anteriores a este, no había forma de explicar racionalmente cómo se superó un genoma completo, aparte de que entró en un orgánulo. De lo contrario, habría visto una recombinación genética entre un genoma entrante y el genoma residente, dice Pal Maliga, biólogo de plantas de la Universidad de Rutgers que no participó en el trabajo. El núcleo, las mitocondrias y los plástidos, el grupo de pequeños orgánulos que incluye los cloroplastos, contienen material genético. Por lo tanto, los investigadores infirieron que los genomas se movían a través de orgánulos, explica, pero este artículo muestra maravillosamente cuáles son los detalles. Me alegró mucho ver que las suposiciones que estaban allí para explicar la biología son realmente reales.

Un equipo dirigido por Ralph Bock del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas demostró en un estudio publicado en 2009 que las plantas de tabaco injertadas podrían compartir genomas completos. Se ha demostrado que la transferencia horizontal de genes, cuando el material genético pasa entre individuos a través de algún método distinto de la fertilización, influye en la evolución de las plantas en varios niveles, incluido el intercambio de genes beneficiosos, pero el movimiento de genomas completos es mucho menos común y menos comprendido. Si bien los estudios iniciales y posteriores insinuaron que el ADN transferido probablemente provenía de los genomas contenidos en los orgánulos en movimiento, los investigadores no podían estar seguros de que el ADN desnudo no se estuviera compartiendo en grandes porciones.

Ingrese Alexander Hertle, un postdoctorado en el instituto con amplia experiencia en microscopía. Él y Bock se unieron para combinar los años de evidencia genética de los laboratorios de Bock en apoyo del movimiento de orgánulos y la experiencia en imágenes de Hertles. Me interesaba ver si eso es realmente cierto, lo que [Bocks] muestra en sus artículos, dice Hertle.

En el estudio actual, los investigadores usaron plantas de tabaco que contenían un gen de resistencia a los antibióticos y un marcador fluorescente. en el genoma nuclear y otra cepa con un gen de resistencia a antibióticos diferente y reportero fluorescente en el genoma del cloroplasto. Cuando injertaron las plantas juntas, las plantas resultantes crecieron en un medio de cultivo que contenía ambos antibióticos y produjeron ambos indicadores fluorescentes. Estos hallazgos fueron consistentes con estudios anteriores, pero aún no permitieron a los científicos distinguir entre la transferencia de información genómica a través de orgánulos o ADN desnudo.

Un pequeño plástido (flecha) se mueve de una célula a otra dentro de una unión de injerto.Hertle et al., Science Advances, 2021

Para hacer esta distinción, los autores diseccionaron el tejido en la unión del injerto y tomaron imágenes de las células, tanto vivas como después fijación. Esto reveló plástidos cerca de los poros en las paredes celulares y puntos donde el citoplasma de una célula sobresalía hacia otra. Los investigadores también encontraron plástidos que eran más pequeños que los plástidos residentes lo suficientemente pequeños como para moverse a través de los poros entre las células. Durante las imágenes en vivo, estos mini plástidos se movieron de forma ameboidea de una célula a otra. El equipo también demostró que estos orgánulos viajeros contenían ADN, lo que confirma que podrían ser una fuente de la transferencia genómica que los investigadores habían observado genéticamente.

Si bien no pueden descartar por completo que el ADN desnudo se esté moviendo entre las células, ¿qué vimos en vivo. . . fue que los orgánulos pueden ir de una célula a otra, dice Hertle.

La pregunta pendiente es, ¿por qué sucede esto realmente? dice Charles Melnyk, biólogo de plantas de la Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas que no participó en el estudio. Los autores han analizado esto en el contexto del injerto, que se precipita al herir las plantas, agrega. Tan pronto como una célula vegetal se daña, parece que está cambiando las propiedades de su pared celular, y luego estos cambios permiten que ocurran este tipo de eventos de transferencia.

Tal vez las células vegetales hacen esto, incluso sin la injerto, pero alguien tiene que mirar, dice Maliga.

AP Hertle et al., Transferencia horizontal del genoma mediante el viaje de célula a célula de orgánulos completos,  Avances científicos, doi:10.1126/sciadv.abd8215, 2021.

Aclaración (9 de enero): Actualizamos la estructura de una oración para que la descripción de los plástidos sea más clara. El científico lamenta cualquier confusión.