IAL / Evolución de la flora terrestre: científicos santafesinos describen un nuevo mecanismo de defensas de las plantas contra herbívoros

Investigadores de CONICET Santa Fe junto a un equipo internacional describen una función de defensa de las plantas contra los herbívoros presente en los cuerpos oleosos e identifican un gen maestro que regula su diferenciación.

En la era paleozoica, en el período denominado Ordovícico hace 450 millones de años, la flora terrestre inició su colonización. Como el resto de los seres vivos, hubo plantas que lograron adaptarse y fueron capaces de sobrevivir, muchas de ellas mutar hasta lo que son hoy, mientras que otras no lo lograron y desaparecieron en ese proceso.

Usando una planta modelo con características ancestrales, un equipo de investigadores de CONICET Santa Fe y el Max Planck Institute de Alemania logró desentrañar parte de los mecanismos relacionados en la defensa de las plantas contra la herbivoría. El trabajo fue publicado esta semana en la prestigiosa revista Current Biology.

Los investigadores se concentraron en los cuerpos oleosos, una vesícula de las plantas que concentra la mayor parte de su rica diversidad metabólica. “Una característica evolutiva de esta planta modelo es la presencia de cuerpos oleosos, de los que no se conocía su función”, explicó Javier Moreno, investigador del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL-CONICET/UNL), responsable de llevar adelante el estudio en Argentina. “Logramos establecer que los cuerpos oleosos son importantes en la defensa contra herbívoros, y además identificamos a la proteína C1HDZ que controla la diferenciación de estas células especializadas en la producción de metabolitos secundarios”, agregó. Este trabajo abre la puerta no sólo a avances en el conocimiento básico sobre el proceso adaptativo de las plantas sino a desarrollos tecnológicos aplicados al metabolismo secundario de plantas.

Una planta con mucha historia

La planta Marchantia polymorpha, del grupo de las denominadas “hepáticas” por su forma de hígado, es conocida desde la antigüedad. Hay registros de que en la Antigua Grecia y China ya se utilizaba por su poder para curar heridas y quemaduras. En biología tiene un valor especial porque su morfología y anatomía indican que tiene características parecidas a las de las primeras plantas que colonizaron la tierra. En 2017 se publicó el genoma completo de esa planta y se identificaron genes cruciales para la transición de la vida acuática a la terrestre, incluyendo genes involucrados en la formación de la pared celular y la respuesta al estrés por sequía.

Durante un congreso en Iguazú el equipo argentino conoció al investigador australiano John Bowman, responsable del proyecto genoma de Marchantia. “Son esos encuentros casuales que dan pie a grandes colaboraciones: los australianos ya estudiaban tres de las cuatro clases de esta familia génica y nosotros estábamos interesados en la que faltaba, la colaboración fue muy fluida y muy productiva para los dos grupos”, indicó Moreno. Luego se sumó el equipo alemán que estudiaba el mismo gen de Marchantia. Usando la técnica CRISPR, que permite cortar y pegar genes, los investigadores obtuvieron una planta mutante que no desarrollaba cuerpos oleosos. “El estudio de la función génica en Marchantia es similar al usado en otros organismos: podemos anular selectivamente al gen que queremos estudiar y analizamos los fenotipos del mutante”.

¿Por qué mutar ese gen C1HDZ y no cualquiera de los otros del genoma? “Sabíamos que genes muy parecidos de plantas con flores modulan la tolerancia a la sequía, a la salinidad y otros estreses abióticos. Entonces, imaginamos que este gen de Marchantia podría haber contribuido al proceso de colonización terrestre. Si la idea era correcta, el mutante sería más sensible al estrés. Sin embargo, el mutante respondió normalmente a la sequía, a salinidad y otros estímulos relacionados”, dijo Moreno.

La pista para comprender su función estaba en estudios realizados hace 100 años que sugerían un rol en las defensas de la planta. "Hicimos una prueba de elección y ofrecimos plantas mutantes y salvajes a bichos bolitas (Armadillidium vulgare). Lo que vimos es que los bichos preferían y dañaban más a las plantas que tenían el gen mutado. Ese resultado fue el primer indicio de que los cuerpos oleosos regulan sus defensas”, dijo Facundo Romani, becario doctoral Conicet y primer autor del trabajo. “A nivel molecular y metabólico, pudimos demostrar que la proteína C1HDZ no sólo regula la diferenciación de los cuerpos oleosos sino también los niveles de metabolitos que acumula la planta. Estos compuestos terpenoides son muy conocidos en plantas con flores, como el tomate, regulando la interacción de la planta con insectos. Estos cuerpos oleosos cumplirían una función similar a la de los pelos o tricomas en plantas con flores”, agregó Romani.

Una puerta a otras investigaciones
El paper publicado no solo avanza un paso más en la comprensión de cómo la plantas colonizaron los ambientes terrestres, uno de los eventos más importantes que explica la diversidad de plantas de nuestro planeta, sino que abre la puerta a investigaciones aplicadas que pueden tener gran impacto en cultivos de interés económico.

“La respuesta que encontramos en un sistema simple y evolutivamente aislado como es el de Marchantia, todavía no fue revelada en plantas más complejas, es la nueva hipótesis en la que vamos a trabajar”, adelantó Moreno, al tiempo que resaltó que se trata de un trabajo más complejo por la cantidad de genes involucrados. “Lo que nos interesa conocer es la cascada de señalización de los genes que controlan los procesos de defensa de las plantas. Es el paso previo para poder pensar en otros cultivos y, por ejemplo, el día de mañana desarrollar plantas que produzcan una mayor cantidad de metabolitos de interés biotecnológico y medicinal”, concluyó.

Facundo Romani

Javier E. Moreno

Referencia bibliográfica

Sobre investigación: "Oil body formation in Marchantia polymorpha is controlled by MpC1HDZ and serves as a defense against arthropod herbivores". Facundo Romani, Elizabeta Banic, Stevie N. Florent, Takehiko Kanazawa, Jason Q.D. Goodger, Remco A. Mentink, Tom Dierschke, Sabine Zachgo, Takashi Ueda, John L. Bowman, Miltos Tsiantis, Javier E. Moreno. Current Biology (2020). doi: https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30768-5