Los virus son una amenaza para todos los organismos, incluidas las plantas. Sin embargo, un pequeño grupo de células madre vegetales se defiende con éxito de las infecciones.
Marco Incarbone, ahora en el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas en Golm, Alemania, Gabriele Bradamante y sus coautores en el Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas descubrieron que el ácido salicílico y la interferencia de ARN median esta inmunidad antiviral de las células madre vegetales.
Los virus vegetales amenazan la salud de sus huéspedes, pueden propagarse rápida y globalmente y desafiar la productividad agrícola. Cuando los virus infectan con éxito las plantas, la infección suele propagarse por todo el organismo. Bueno, no del todo: todavía resiste un pequeño grupo de células indomables: las células madre que se encuentran en la punta del brote.
Este pequeño grupo de células genera todos los tejidos vegetales de la superficie, incluida la siguiente generación de plantas, y por razones aún poco conocidas, los virus no pueden proliferar en estas células.
Marco Incarbone, anteriormente investigador postdoctoral en el grupo de Ortrun Mittelsten Scheid en el Instituto Gregor Mendel de la Academia de Ciencias de Austria y ahora líder de grupo en el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas en Alemania, intentó descubrir las bases moleculares de cómo se originan las células madre. Las células del meristemo apical del brote luchan contra los virus junto con la estudiante de doctorado Gabriele Bradamante y otros miembros del grupo GMI.
Para comprender las fuertes defensas antivirales de este grupo especial de células, Incarbone, Bradamante y sus colegas establecieron primero una plataforma de detección. “Desarrollamos técnicas de microscopía de alto rendimiento que nos permitieron estudiar muchos meristemas de Arabidopsis en varios momentos posteriores a la infección viral, para dar una dimensión temporal a nuestra exploración”, explica Incarbone.
Utilizando este enfoque dinámico y semicuantitativo, los investigadores observaron que el virus del mosaico del nabo, el virus modelo de su elección, se propaga en su planta modelo Arabidopsis thaliana, llega a las células madre dentro de la punta del brote e incluso ingresa a estas células, pero es luego rápidamente excluido. “Sorprendentemente, estas células son realmente buenas para expulsar el virus”.
La interferencia de ARN y el ácido salicílico son parte de la defensa de las plantas
Trabajos anteriores sobre un pariente cercano del tabaco habían proporcionado pistas de que la interferencia de ARN (una vía que inhibe la proliferación de virus en plantas y muchos animales) desempeña un papel en la exclusión de virus en las plantas. Por ello, en la búsqueda de las bases moleculares de la defensa, los investigadores seleccionaron plantas mutantes de Arabidopsis a las que les faltan ciertos componentes de la vía de interferencia del ARN. Además, estudiaron plantas deficientes en ácido salicílico, una hormona de defensa clave de las plantas.
A través de una serie de experimentos específicos, los investigadores pudieron comprobar que durante la infección viral se activa la producción de ácido salicílico. “La planta reconoce el virus y activa el ácido salicílico como señal de alarma”. El ácido salicílico, a su vez, activa un factor clave en la amplificación de interferencia del ARN, llamado RDR1. RDR1 aumenta la producción de ARN bicatenario a partir de ARN viral, dando a las plantas más secuencias específicas de virus para dirigir el mecanismo de defensa contra el virus invasor.
Inmunización de células madre.
En la lucha contra el virus del mosaico del nabo, tanto el ácido salicílico como el RDR1 son necesarios para expulsar el virus de las células madre; sin embargo, el RDR1 no se produce dentro de las propias células madre, sino en el tejido debajo de las células madre y en la vasculatura, Incarbone añade.
“Allí genera información basada en ARN y probablemente móvil que inmuniza a las células madre contra el virus entrante. Si bien sabemos que la infección desencadena un aumento general del ácido salicílico, aún no sabemos en qué parte de la planta y en qué momento durante la infección ocurre esto. Actualmente estamos tratando de resolver este rompecabezas”. Pero cada virus es diferente.
En la lucha contra otros virus, el ácido salicílico y el RDR1 se activan, pero no necesariamente son necesarios. “Sin embargo, basándonos en nuestros experimentos con otros virus, podemos concluir que la interferencia de ARN siempre es necesaria para defender a las células madre de la infección”.
Aún así, las células madre mantienen un misterio: los virus vegetales frecuentemente evaden y suprimen la interferencia del ARN en otros tejidos vegetales. “¿Por qué los virus pueden suprimir la interferencia del ARN en la mayor parte de la planta, pero no en estas células especiales? Ésta sigue siendo la gran pregunta”.
En el trabajo de seguimiento, Incarbone ahora investigará cómo se impide que los virus pasen a las semillas y a la descendencia de una planta infectada, que se desarrolla a partir de células madre protegidas. “Nuestros hallazgos añaden conocimientos importantes sobre cómo funcionan las defensas antivirales de las células madre y proporcionan un marco molecular sólido sobre el que construir”.
