¿Cómo funciona el sistema inmunológico de una planta?

La mayoría de nosotros conocemos los fundamentos del sistema inmunitario «adaptativo» de los mamíferos -gracias a las lecciones de biología-, pero ¿Cómo se protegen las plantas?

A primera vista, la inmunidad de las plantas es mucho más sencilla: las plantas dependen en parte de sus rígidas paredes celulares para mantener alejados a los microbios.

No tienen un sistema circulatorio y, por tanto, no hay células inmunitarias para localizar bacterias y virus. Pero tienen algo fundamental en común con los mamíferos: un sistema inmunitario básico «innato».

A diferencia de los vertebrados, las plantas no tienen un sistema inmunitario adaptativo. Sin embargo, las plantas pueden lanzar respuestas inmunitarias específicas y establecer una memoria inmunitaria.

Las plantas se defienden de las bacterias patógenas gracias a unos sensores que detectan la endotoxina bacteriana.

Las bacterias patógenas entran a la planta a través de las estomas, aunque también pueden penetrar por pequeñas heridas.

Cuando las bacterias entran en contacto con las células vegetales, estas activan una serie de respuestas inmunitarias.

Para contrarrestar la invasión de los patógenos, las plantas sintetizar proteínas de defensa que atacan a las bacterias, refuerzan las paredes celulares para evitar que las bacterias penetren en más células.

Algunas plantas sacrificar las células infectadas, o incluso hojas y ramas enteras, para frenar el avance de la infección microbiana.

Muchos microbios asociados a las plantas son patógenos que perjudican el crecimiento y la reproducción de las plantas. Las plantas responden a la infección utilizando un sistema inmunitario innato de dos ramas. 

La primera rama reconoce y responde a moléculas comunes a muchas clases de microbios, incluidos los no patógenos. El segundo responde a los factores de virulencia de los patógenos.

Para promover la virulencia, los patógenos inyectan moléculas efectoras que se dirigen a centros de señalización inmunitaria conservados en la célula vegetal.

En respuesta, las plantas han desarrollado proteínas de resistencia (R) que detectan las perturbaciones inducidas por los efectores en estos centros, lo que ofrece la posibilidad de reconocer específicamente un gran número de patógenos con estrategias de infección similares a través de un número menor de proteínas R.

Los tejidos infectados por patógenos generan una señal inmunitaria móvil compuesta por múltiples proteínas, así como por moléculas derivadas de lípidos y similares a las hormonas.

Estas moléculas de señal son transportadas a los tejidos sistémicos, donde inducen una resistencia sistémica adquirida (SAR).

La RAS está asociada a la reprogramación sistémica de miles de genes para dar prioridad a las respuestas inmunitarias sobre las necesidades celulares rutinarias.

¿Qué ocurre a nivel molecular cuando las plantas se defienden de los patógenos invasores? Hasta ahora se suponía que los procesos eran más o menos los mismos en todas las plantas.

Sin embargo, esto no es cierto, como ha demostrado un equipo de biólogos de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) en un estudio publicado en la revista científica The Plant Cell.

Los investigadores estudiaron los procesos de defensa en la planta de tabaco silvestre N. benthamiana y descubrieron que los procesos funcionan de forma muy diferente a lo que se pensaba.

El equipo también describe en el estudio cómo descubrieron esta compleja interacción con la ayuda de las técnicas de edición del genoma CRISPR/Cas9.

Para defenderse de los patógenos, las plantas sólo cuentan con su sistema inmunitario innato. «El sistema inmunitario de una planta es bastante sencillo.

Unas proteínas receptoras especiales en la superficie de las células de la planta pueden reconocer a los patógenos y combatirlos.

Esto induce una respuesta inmunitaria de bajo nivel», explica el Dr. Johannes Stuttmann, del Instituto de Biología de la MLU.

Sin embargo, algunas bacterias han encontrado una forma de superar este mecanismo de defensa: Inyectan las llamadas proteínas efectoras directamente en la célula vegetal para suprimir las reacciones de defensa.

A lo largo de la evolución, las plantas se han adaptado a este truco y han desarrollado otras proteínas receptoras. Estas proteínas reconocen a los invasores dentro de la célula a través de las proteínas efectoras y desencadenan rápidamente una fuerte reacción inmunitaria.

«Como las plantas no tienen sus propias células inmunitarias ni anticuerpos, las proteínas receptoras intracelulares desempeñan un papel fundamental en la respuesta inmunitaria de la planta», explica Stuttmann.

Hasta ahora, los principios fundamentales del sistema inmunitario de las plantas se han estudiado sobre todo en el berro (Arabidopsis thaliana), un organismo modelo relativamente sencillo.

El grupo de Stuttmann quería ahora averiguar si estos descubrimientos podían trasladarse también a la planta de tabaco N. benthamiana.

Según Stuttmann, su genoma es considerablemente más complejo y aún no se ha secuenciado por completo. Sin embargo, la planta tiene varias ventajas que la hacen interesante para seguir investigando.

El equipo investigó una clase especial de receptores dentro de la célula llamados receptores TNL. Se sabe que esta clase de receptores inmunitarios sólo funciona correctamente en conjunción con un complejo proteico específico.

Para ver si los mismos genes son responsables de los sistemas inmunitarios de las dos especies de plantas, los investigadores primero eliminaron varios genes candidatos en el tabaco mediante técnicas de edición del genoma y luego intercambiaron genes entre las dos especies.

A continuación, comprobaron si las plantas seguían reaccionando ante las plagas. Se descubrió una complejidad inesperada: Mientras que un receptor TNL en la planta de tabaco también funcionaba en el berro, esto no se aplicaba a los genes del complejo proteico.

De hecho, las plantas de tabaco necesitan un complejo proteico diferente al del berro para una respuesta inmunitaria inducida por el receptor TNL. Las vías de señalización de las reacciones inmunitarias en las distintas plantas parecen variar.

Esto es sorprendente porque antes se suponía que estos procesos eran en gran medida idénticos en las plantas, ya que las proteínas implicadas han cambiado relativamente poco en el curso de la evolución de las plantas.

Referencias:
1. Johannes Gantner, Jana Ordon, Carola Kretschmer, et al. «An EDS1-SAG101 Complex Is Essential for TNL-Mediated Immunity in Nicotiana benthamiana». The Plant Cell, 02 July 2019.
2. Steven H. Spoel and Dong Xinnian. «How do plants achieve immunity? Defence without specialized immune cells». Nature Reviews Immunology, 25 January 2012.

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