Un nuevo estudio revela cómo las plantas y las bacterias intercambian genes para mejorar la salud y el desarrollo de las plantas. El equipo descubrió 75 genes que se transfirieron entre plantas pequeñas y de rápido crecimiento (Arabidopsis thaliana) y sus compañeras bacterianas, influyendo en procesos clave como el metabolismo de los carbohidratos y la síntesis de hormonas.
Un nuevo estudio ha revelado hallazgos sobre las interacciones genéticas entre las plantas y sus bacterias asociadas. El estudio, dirigido por el Dr. Asaf Levy del Instituto de Ciencias Ambientales de la Universidad Hebrea, en colaboración con la Dra. Yulia Fridman, el Dr. Hitaishi Khandal y la Prof. Sigal Savaldi-Goldstein de la Facultad de Biología del Instituto de Tecnología Technion-Israel, revela una transferencia horizontal de genes (HGT) dinámica entre reinos que podría revolucionar nuestra comprensión de la biología de plantas y bacterias y las prácticas agrícolas.
Las plantas dependen de una compleja comunidad de bacterias que son cruciales para su salud y desarrollo. El equipo de investigación planteó la hipótesis y confirmó que la estrecha y duradera relación entre las plantas y su microbiota facilita el raro fenómeno de la transferencia horizontal de genes, en el que los genes se transfieren directamente entre diferentes especies.
En un nuevo descubrimiento, el Dr. Levy y su equipo identificaron 75 genes únicos que se transfirieron horizontalmente entre Arabidopsis thaliana, una planta modelo comúnmente estudiada, y las bacterias. Las plantas adquirieron 59 genes de bacterias y las bacterias adquirieron al menos 16 genes de plantas durante la evolución. Estos genes mejoran principalmente el metabolismo de los carbohidratos y la biosíntesis de auxinas, fundamentales para la regulación del crecimiento de las plantas y las respuestas inmunitarias. Por ejemplo, un cierto grupo de bacterias, Streptomyces, adquirió de las plantas un gen que les permite descomponer la quitina, un compuesto que prevalece en insectos y hongos. Además, el estudio identificó 111 genes que se transfirieron entre bacterias y eucariotas en general (no necesariamente plantas).
Además, el estudio validó estos hallazgos al demostrar que un gen bacteriano del filo Actinobacteria , cuando se expresa en Arabidopsis, corrige los defectos de crecimiento asociados con la mutación del gen DET2 de la planta. El DET2 es esencial para la síntesis de un tipo de hormona vegetal llamada brasinoesteroide. Estos son cruciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Una planta que carece del gen DET2 es una planta enana. Sin embargo, al expresar el gen DET2 homólogo bacteriano dentro de las plantas, los investigadores pudieron obtener una planta en un tamaño normal, lo que demuestra que los dos genes tienen la misma función.
“Este estudio destaca las complejidades de las interacciones entre plantas y microbios y nos sorprendió que los genes fueran adquiridos por organismos que se encuentran tan remotamente en el árbol de la vida, como las bacterias y las plantas. Un gen bacteriano adquirido por una planta tiene que sufrir algunos cambios para estar activo dentro de las células vegetales. Será interesante estudiar los mecanismos por los cuales se adquieren y evolucionan los genes. El estudio abre nuevas vías para las aplicaciones biotecnológicas en la agricultura”, dijo el Dr. Levy. “Comprender y aprovechar estas transferencias de genes podría conducir a estrategias innovadoras para mejorar la resistencia y la productividad de los cultivos si entendemos por qué y también cómo se transfirieron ciertos genes. También es intrigante si las bacterias intercambian genes con otros organismos como los animales, incluidos los humanos”.
Dado que la agricultura mundial se enfrenta a desafíos cada vez mayores debido al cambio climático y el crecimiento demográfico, se necesitan con urgencia innovaciones que mejoren la resiliencia y la productividad de los cultivos. Según las proyecciones, los avances en las interacciones entre plantas y microbios podrían aumentar la producción mundial de alimentos en márgenes significativos, abordando la creciente demanda de seguridad alimentaria. En la actualidad, el sector agrícola gasta miles de millones al año en la lucha contra las enfermedades de las plantas y el estrés ambiental.
El documento de investigación titulado “Widespread horizontal gene transfer between plants and bacteria”, ya está disponible en ISME Communications.
Investigadores:
Shelley Hamlich1, Yulia Friedman2, Hitaishi Khandal2, Siegel Savaldi-Goldstein2, Asaf Levy1.
Instituciones:
1) Departamento de Patología Vegetal y Microbiología, Instituto de Ciencias Ambientales, Facultad de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Facultad de Biología, Technion-Instituto de Tecnología de Israel.
