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Dulce Inmunidad: la pared celular de las plantas es una estructura dinámica que determina la resistencia a patógenos y el desarrollo vegetativo de las plantas

Las células vegetales están rodeadas por una matriz extracelular conocida como pared celular, compuesta de polímeros de azúcares (glicanos) y glicoproteínas estructurales. La pared celular se encuentra sometida a una remodelación dinámica de su composición en respuesta a señales de desarrollo y ambientales, como las causadas por la infección por patógenos. Se sabía que la pared celular desempeña funciones esenciales en las respuestas de resistencia a enfermedades de las plantas, sin embargo, las contribuciones específicas de la composición de la pared celular sobre la resistencia y el desarrollo vegetativo de las plantas no se había caracterizado en detalle. Un artículo publicado recientemente en la prestigiosa revista PNAS por el grupo del Dr. Molina del CBGP (UPM-INA) y sus colaboradores de la Universidad Complutense de Madrid, la Universidad y el INRAE/CNRS de Toulouse (Franci) y el CRCC de la Universidad de Georgia (EEUU), ha contribuido a resolver esta cuestión clave de la biología de las plantas. Los autores utilizaron una aproximación de biología de sistemas consistente en el análisis de los fenotipos de resistencia a patógenos y de desarrollo de un gran conjunto de mutantes de Arabidopsis thaliana con diferentes alteraciones en la composición de su pared celular. Determinaron la resistencia de estos mutantes a tres tipos principales de patógenos (vasculares, necrótrofos y biótrofos) que causan importantes enfermedades y pérdidas de rendimiento en cultivos. El artículo muestra de forma clara que la pared celular vegetal es un determinante clave de las respuestas inmunes de las plantas, ya que la modificación de su composición en estos mutantes de Arabidopsis tiene un alto impacto, no anticipado, en sus niveles de resistencia a patógenos, con un 85% de los mutantes mostrando alteraciones en su resistencia a al menos uno de los patógenos analizados. El articulo demuestra que el aumento de la resistencia de los mutantes de Arabidopsis a patógenos necrótrofos y vasculares no es neutro, ya que tiene un impacto negativo sobre su biomasa y producción de semillas. Utilizando modelos matemáticos novedosos, los autores han encontrado correlaciones entre las cantidades de determinadas estructuras específicas de azúcares (glicanos) de la pared celular de estas plantas mutantes y su resistencia a patógenos y fenotipos de desarrollo. La mayor resistencia observada en algunos de los mutantes de Arabidopsis analizados no está mediada por rutas de defensa ya caracterizadas, sino que parece determinada por respuestas de inmunidad que desencadenan glicanos de las paredes celulares, ya que fracciones de estas paredes aisladas de los mutantes de Arabidopsis desencadenaron respuestas de inmunidad cuando se aplican sobre plantas silvestres. Estos novedosos resultados abren la puerta a incluir la modificación de la pared celular vegetal como uno de los objetivos de los programas de mejora de los cultivos y también permiten anticipar que glicanos inmunoactivos derivados de la pared celular vegetal se podrían utilizar en agricultura para activar a la carta la resistencia natural de los cultivos a enfermedades y así reemplazar el uso de plaguicidas químicos, contribuyendo al desarrollo de una agricultura más sostenible.



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Figure 1. Arabidopsis cell wall mutants show alterations of their disease-resistance phenotypes in comparison to wild-type plants. (A) Clustering of disease-resistance phenotypes of Arabidopsis cell wall mutants to (B) the necrotrophic fungus Plectosphaerella cucumerina (Pc), (C) th vascular bacterium R.alstonia pseudosolanacearum (Rp), and (D) the biotrophic oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). Clusters were computed using Euclidean distances using disease-resistance indexes relative to wild-type (wt) plants (DR for Pc and Rp; number of conidiospores per milligram of rosette fresh weight (mg fw) for Hpa).



Publicación Original:

Molina, A., Miedes, E., Bacete, L., Rodríguez, T., Mélida, H., Denancé, N., Sánchez-Vallet, A., Rivière, M.-P., López, G., Freydier, A., Barlet, X., Pattathil, S., Hahn, M., Goffner, D. 2021. Arabidopsis cell wall composition determines disease resistance specificity and fitness. Proceedings of the National Academy of Sciences 118, e2010243118. DOI: 10.1073/pnas.2010243118

 

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