Los investigadores arrojan nueva luz sobre cómo la vida vegetal se asentó en la superficie de la Tierra

investigadores de Universidad de Copenhague arrojar nueva luz sobre cómo la vida vegetal se asentó en la superficie de nuestro planeta. Demostraron específicamente que dos genes son cruciales para que las plantas terrestres se protejan contra el ataque de hongos, un mecanismo de defensa que data de hace 470 millones de años. Estas defensas probablemente allanaron el camino para toda la vida vegetal terrestre.

Mads Eggert Nielsen, biólogo de la Universidad de Copenhague.

Las plantas evolucionaron a partir de algas acuáticas para poder sobrevivir en la tierra hace unos quinientos millones de años, sentando las bases para la vida en la tierra. Los hongos fueron uno de los obstáculos que dificultaron esta transición dramática:

“Se estima que 100 millones de años antes, los hongos se arrastraban por la superficie de la Tierra en busca de alimento y probablemente lo encontraron en algas muertas traídas del mar. Entonces, si usted, como una nueva planta, fuera a asentarse en la tierra y lo primero que encontrara fuera un hongo que lo devoraría, necesitaría algún tipo de mecanismo de defensa”, dice Mads Eggert Nielsen, biólogo del Departamento de Plantas y Ciencias Ambientales de la Universidad de Copenhague.

Según Mads Eggert Nielsen y sus colegas investigadores del Departamento de Ciencias Vegetales y Ambientales y la Universidad de Paris-Saclay, la esencia de este mecanismo de defensa puede reducirse a dos genes, PEN1 y SYP122. Juntos, ayudan a formar una especie de tapón en las plantas que bloquea la invasión de hongos y organismos similares a los hongos.

“Descubrimos que si destruimos estos dos genes en nuestra planta modelo de berro (Arabidopsis), abrimos la puerta para que penetren los hongos patógenos. Descubrimos que son esenciales para formar ese tapón similar a la pared celular que defiende contra los hongos. Curiosamente, parece ser un mecanismo de defensa universal que se encuentra en todas las plantas terrestres», dice Mads Eggert Nielsen, autor principal del estudio, publicado en la revista eLife.

Se originó en una fábrica de 470 millones de años.

El equipo de investigación probó la misma función en hepáticas, descendientes directos de una de las primeras plantas terrestres de la Tierra. Al tomar los dos genes correspondientes en la hepática e insertarlos en los berros, los investigadores examinaron si podían identificar el mismo efecto. La respuesta fue sí.

Experimentos en el modelo de planta de berro de agua (Arabidopsis) Crédito: Mads Eggert Nielsen

“Aunque las dos familias de plantas a las que pertenecen Arabidopsis y hepática evolucionaron en direcciones divergentes hace 450 millones de años, continúan compartiendo funciones genéticas. Creemos que esta familia de genes surgió con el único objetivo de gestionar este mecanismo de defensa y, por tanto, ha sido una de las bases para que las plantas se establecieran en la tierra”, afirma Mads Eggert Nielsen.

Una simbiosis entre plantas y hongos

Si bien los hongos representaron un obstáculo para las plantas en su transición de una etapa de algas marinas a convertirse en plantas terrestres, también fueron un requisito previo. Una vez que las plantas lograron sobrevivir a los ataques de hongos que buscaban comérselas en tierra, el siguiente problema al que se enfrentaron fue encontrar nutrientes, explica Mads Eggert Nielsen:

“Los nutrientes disueltos como el fósforo y el nitrógeno son de fácil acceso para las plantas en ambientes acuáticos. Pero hace 500 millones de años, el suelo tal como lo conocemos hoy no existía, solo rocas. Y los nutrientes adheridos a las rocas son extremadamente difíciles de obtener para las plantas. Pero no para los hongos. Por otro lado, los hongos no pueden producir carbohidratos, por lo que consumen plantas. Es aquí donde se cree que surgió una relación simbiótica entre plantas y hongos, que se convirtió en la base para la explosión de la vida vegetal terrestre durante este período”.

Las estructuras de defensa que se forman en una planta no matan ni a la planta ni al hongo, simplemente evitan que el hongo invada.

“Como un hongo solo puede entrar parcialmente en una planta, creemos que surge un punto de inflexión en el que tanto la planta como el hongo tienen algo que ganar. Así que ha sido una ventaja mantener la relación como está. La teoría de que las plantas domesticaron hongos para colonizar la tierra no es nuestra, pero estamos proporcionando forraje que apoya esta idea”, dice Mads Eggert Nielsen.

Se puede aplicar en la agricultura.

Los nuevos resultados añaden una pieza importante al rompecabezas de la historia evolutiva de las plantas. Más importante aún, podrían usarse para hacer que los cultivos sean más resistentes a los ataques de hongos, lo cual es un gran problema para los agricultores.

“Si todas las plantas se defienden de la misma manera, debe significar que los microorganismos causantes de enfermedades, como el mildiu polvoriento, la roya amarilla y el moho de la patata, han encontrado una manera de infiltrarse, apagar o evadir las defensas de sus respectivas plantas. .azafatas. Queremos saber cómo lo hacen. Luego trataremos de trasladar los componentes defensivos de las plantas resistentes a las que se enferman y así adquieren resistencia”, dice Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen participa en un proyecto de investigación en el Departamento de Ciencias Ambientales y Vegetales dirigido por Hans Thordal-Christensen y respaldado por la Fundación Novo Nordisk que se enfoca en hacer que los cultivos sean más resistentes mediante la identificación de los mecanismos de defensa en las plantas que los microorganismos patógenos están tratando de cerrar.

Datos adicionales

Los investigadores han asumido durante mucho tiempo que los genes PEN1 y SYP122 desempeñan un papel especial en la transición de las plantas de su etapa acuática como algas a plantas terrestres, pero no hay pruebas sólidas de si en realidad eran un requisito previo para las plantas. ‘ Habilidades defensivas.

Estudios anteriores han demostrado que al destruir el gen PEN1, las plantas pierden la capacidad de defenderse contra los hongos del mildiu polvoriento. Sin embargo, al destruir el gen estrechamente relacionado, SYP122, no sucede nada. Los resultados de la nueva investigación demuestran que, juntos, los dos genes constituyen una clave importante en el mecanismo de defensa de la planta.

Referencia: «Sintaxis de plantas SYP12 median una inmunidad general conservada evolutivamente a patógenos filamentosos» por Hector M Rubiato, Mengqi Liu, Richard J O’Connell y Mads E Nielsen, 4 de febrero de 2022, es vida.
DOI: 10.7554/eLife.73487