Descubierto un mecanismo clave en la defensa de las plantas contra el ataque de hongos

Un equipo del Centro de Investigación en Agrigenómica descubre un nuevo componente de la maquinaria de defensa de las plantas frente a los hongos. El hallazgo proporciona nuevas herramientas para desarrollar plantas resistentes a hongos, que causan pérdidas muy importantes en los cultivos y son un riesgo para la salud humana y animal.

Plantas de Arabidopsis thaliana inoculadas con esporas de Botrytis cinerea. Las dos de la izquierda corresponden a plantas silvestres, más resistentes a la infección, que las de la derecha que corresponden a plantas deficientes en SUMOylación de proteínas.

Plantas de Arabidopsis thaliana inoculadas con esporas de Botrytis cinerea. Las dos de la izquierda corresponden a plantas silvestres, más resistentes a la infección, que las de la derecha que corresponden a plantas deficientes en SUMOylación de proteínas.

Cada año, las infecciones por hongos destruyen al menos 125 millones de toneladas de los cinco principales cultivos del planeta (arroz, trigo, maíz, patata y soja) cantidades que servirían para alimentar a 600 millones de personas. Los hongos no son sólo un problema en el campo, sino que también producen grandes pérdidas en el estadio de post-cosecha: durante el almacenamiento del producto, su transporte o en manos del consumidor final. Además, algunos hongos producen micotoxinas, muy tóxicas y perjudiciales para la salud humana y animal.

Los agricultores disponen de fungicidas para el tratamiento de las plantas, pero estos no siempre resultan efectivos al 100% y, por otro lado, el consumidor demanda, cada vez más, la reducción del uso de productos fitosanitarios.

Plantas de Arabidopsis thaliana inoculadas con esporas de Botrytis cinerea. Las dos de la izquierda corresponden a plantas silvestres, más resistentes a la infección, que las de la derecha que corresponden a plantas deficientes en SUMOylación de proteínas. (Foto: CSIC)

Como los humanos, las plantas han desarrollado estrategias de protección frente a los patógenos. Ahora, un equipo del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) ha descubierto que la regulación de la actividad proteica en la planta a través de un mecanismo conocido como SUMOilación es clave para su defensa frente al ataque de hongos.

El estudio, que se acaba de publicar en la revista especializada Molecular Plant, es fruto de la colaboración entre dos investigadoras del CSIC en el CRAG: Maria Lois, experta en regulación proteica, y María Coca, experta en respuestas de plantas a patógenos. Según explica Maria Lois, "los resultados de estas investigaciones servirán para desarrollar nuevas estrategias para la protección de los cultivos ante el ataque de los hongos."

La unión de la proteína SUMO a otras proteínas (SUMOilación) es un proceso clave para muchas funciones celulares. Por ejemplo, en animales, algunos cánceres y enfermedades neurodegenerativas se asocian a una SUMOilación defectuosa. En las plantas, se sabe que la conjugación de SUMO regula el desarrollo de la planta y sus respuestas ante las agresiones ambientales.

Sin embargo, hasta ahora se ha hecho difícil estudiar la función de la SUMOilación porque, cuando se bloquea completamente, la planta muere en el estadio de semilla. Para salvar estas limitaciones, el grupo de investigación del CRAG dirigido por Maria Lois ha desarrollado una nueva herramienta para inhibir parcialmente la SUMOilación y así poder estudiarla. Mediante técnicas de ingeniería genética, los investigadores del CRAG introdujeron un pequeño fragmento de proteína en la planta que inhibía parcialmente la SUMOilación.

Gracias a la estrategia desarrollada, el equipo del CRAG ha descubierto que las plantas con la SUMOilación parcialmente inhibida son más susceptibles a los hongos necrótrofos Botrytis cinerea y Plectosphaerella cucumerina. “Estos dos hongos matan el tejido de la planta y se alimentan a partir de él. Botrytis cinerea es un hongo muy extendido geográficamente e infecta muchas especies de plantas. Es muy conocido por los viticultores porque causa la podredumbre noble y la podredumbre gris de la uva, y afecta a la calidad del vino. Plectosphaerella cucumerina es un hongo modelo de estudio, pero también es un importante patógeno de especies hortícolas como el melón” explica la investigadora del CSIC en el CRAG, María Coca.

Además, los investigadores del CRAG observaron que poco después de iniciarse la infección del hongo en la planta, la unión de SUMO a otras proteínas disminuía significativamente. Este hecho les ha llevado a hipotetizar que el mismo hongo está inhibiendo la SUMOilación como mecanismo para debilitar la planta y promover su propagación. Así pues, el nuevo estudio abre puertas al desarrollo de nuevas estrategias para promover la resistencia de las plantas a los ataques de hongos patógenos, así como al desarrollo de fungicidas más específicos y en consecuencia, más seguros.

La estrategia concebida por el equipo de Maria Lois para inhibir parcialmente la SUMOilación ha sido clave en este estudio, pero se espera que sus aplicaciones vayan mucho más allá. "Esta nueva aproximación nos permitirá entender mejor los procesos regulados por la SUMOilación y, lo más importante, es que es una herramienta que se puede implementar fácilmente en cualquier planta, incluso en aquellas con una genética muy compleja como puede ser el trigo" aclara Lois. "Creemos que todavía hay muchas funciones importantes de la SUMOilación por descubrir, y la herramienta molecular que hemos diseñado será útil en este sentido", añade la investigadora.

De hecho, Maria Lois ya ha dado pasos dirigidos a transferir el conocimiento adquirido con sus estudios de la SUMOilación en plantas en el ámbito de la salud humana. Estas actividades han recibido el apoyo del Consejo Europeo de Investigación (ERC) y de la Generalitat de Catalunya a través de los respectivos programas Proof-of-Concept y Llavor.

El Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) es un centro que forma parte del sistema CERCA de la Generalitat de Cataluña, y que se estableció como consorcio de cuatro instituciones: el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Instituto de Investigación y Tecnología Agroalimentarias (IRTA), la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y la Universidad de Barcelona (UB). La investigación del CRAG se extiende desde la investigación básica en biología molecular de plantas y animales de granja, a las aplicaciones de técnicas moleculares para el cultivo de especies importantes en la agricultura y la producción de alimentos en estrecha colaboración con la industria. El CRAG ha sido reconocido como "Centro de Excelencia Severo Ochoa 2016-2019" por el Ministerio de Economía y Competitividad.

El estudio publicado en la revista Molecular Plant ha sido financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) a través de una Starting Grant otorgada a Maria Lois, por el Gobierno de España a través de distintas becas y ayudas, y por la Generalitat de Catalunya. (Fuente: CSIC)