El secreto de cómo ciertas plantas resisten un ataque bacteriano

El impacto agroeconómico de la bacteria Ralstonia solanacearum, el patógeno responsable de la enfermedad de la marchitez bacteriana, preocupa a los agricultores de todo el mundo debido a la gran cantidad de especies a las que afecta, a su amplia distribución geográfica y a su persistencia en el suelo y el agua. La enfermedad tiene efectos particularmente devastadores en muchos cultivos de solanáceas como el tomate, la patata, el pimiento y la berenjena. La bacteria entra en la planta a través de las raíces y coloniza los vasos del xilema que transportan agua y nutrientes hacia tallos y hojas, propagándose sistémicamente y finalmente causando la muerte de la planta. Sin embargo, hay variedades de tomatera resistentes a la marchitez bacteriana. Una investigación reciente desvela cómo dichas variedades consiguen esta protección.

El estudio, realizado por un equipo que ha liderado Núria Sánchez Coll, del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) en Cerdanyola, Barcelona, desvela cómo las variedades de tomatera resistentes a la marchitez bacteriana son capaces de restringir el movimiento bacteriano en la planta. En el estudio se analizaron la composición y la formación de las barreras que confieren resistencia contra la Ralstonia solanacearum.

Las variedades de tomatera resistentes a la marchitez bacteriana son capaces de sintetizar recubrimientos de refuerzo que confinan la bacteria Ralstonia solanacearum en los vasos infectados, evitando así la propagación de R. solanacearum a los tejidos sanos. A pesar de ser un factor clave para la resistencia, la composición y la formación de estas barreras no habían sido estudiadas en detalle hasta ahora.

Para entender cómo funciona la resistencia a la marchitez bacteriana, el equipo investigador comparó una variedad comercial susceptible de tomatera con una variedad altamente resistente que, a pesar de producir tomates muy pequeños no aptos para el consumo, representa una fuente fiable de resistencia en los programas de mejora vegetal. Después de infectar ambas variedades con R. solanacearum, los análisis histológicos, de imágenes en vivo y espectroscópicos revelaron la formación de recubrimientos que contenían ligno-suberina y compuestos fenólicos relacionados (como los HCAAs) en los vasos de las plantas resistentes. Estos refuerzos estructurales de la pared, ausentes en las plantas susceptibles, ofrecen una barrera físico-química que confina a las bacterias en el xilema y hace que sus vasos sean resistentes a la degradación patógena.

Cortes transversales de tallos de tomatera observados con microscopía de fluorescencia de una variedad susceptible (izquierda) y otra resistente (derecha) infectadas con Ralstonia solanacearum. Las plantas resistentes muestran una acumulación de compuestos fenólicos (fluorescencia azul) y compuestos relacionados con la ligno-suberina (fluorescencia verde) en sus vasos que proporciona un mecanismo de protección contra la bacteria. (Fotos: CRAG)

«En nuestro trabajo anterior, identificamos los cuellos de botella a través de los cuales las tomateras resistentes pueden limitar la propagación de R. solanacearum, y descubrimos que el tejido del xilema es un importante campo de batalla entre patógeno y huésped en el que está en juego el resultado de la infección. Gracias a la colaboración con investigadores e investigadoras del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), del Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS) y de la Universitat de Girona, ahora hemos podido identificar las intensas modificaciones estructurales y metabólicas que sufren los vasos del xilema de las plantas resistentes en respuesta a patógenos, logrando evitar así la colonización bacteriana de los tejidos y células circundantes», señala Núria Sánchez Coll, investigadora en el CRAG a cargo de este estudio.

En concordancia con la acumulación observada de ligno-suberina y compuestos relacionados en los revestimientos de los vasos, un análisis posterior mostró que los genes implicados en las vías de síntesis de estas sustancias estaban sobreexpresados en plantas resistentes infectadas con R. solanacearum. Basándose en estos resultados, el equipo investigador se dispuso a determinar si la sobreexpresión de tales genes en tomateras susceptibles aumentaría su resistencia a la marchitez bacteriana.

«Nuestros experimentos demuestran que la sobreexpresión de genes de la vía de la ligno-suberina en una variedad comercial susceptible de tomatera proporciona un mecanismo de resistencia muy eficaz frente a R. solanacearum, restringiendo drásticamente la propagación bacteriana y bloqueando la aparición de la enfermedad», explica Álvaro Luis Jiménez, investigador predoctoral en el CRAG involucrado en el estudio. «Otros trabajos han demostrado que la acumulación de suberina también se produce en respuesta a la sequía, y que la síntesis de ligno-suberina está bien conservada en todo el reino vegetal. Juntamente con los resultados de nuestro estudio, las investigaciones nos llevan a pensar que la ingeniería de estas vías podría tener un doble impacto tanto en la resistencia bacteriana como en la resistencia a la sequía, mejorando el rendimiento de las plantas en el campo en condiciones adversas», concluye Sánchez Coll.

El estudio se titula “Induced lignosuberin vascular coating and tyramine-derived hydroxycinnamic acid amides restrict Ralstonia solanacearum”. Y se ha publicado en la revista académica New Phytologist. (Fuente: CRAG)