La dura batalla entre virus y plantas

Todos hemos oído hablar de los virus, esos pequeños invasores que provocan enfermedades tan conocidas como la gripe o el sida. Al igual que nosotros, las plantas también se ven atacadas por estos poderosos enemigos, causando graves daños en las cosechas y elevadas pérdidas económicas, por lo que conocer cómo funcionan es de vital importancia para poder combatirlos.

Aunque las plantas nos parezcan muchas veces seres indefensos, puesto que no pueden correr o quejarse, son capaces de defenderse de sus atacantes. Así como los animales tenemos un sistema de defesa conocido como sistema inmune, las plantas también poseen herramientas para defenderse contra los virus, conocidas científicamente con el nombre de silenciamiento por RNA.

Si estas defensas de las plantas fueran eficaces al 100% no tendría sentido hablar de todo esto, puesto que los virus de plantas no existirían ya que habrían perdido la batalla y se habrían extinguido. Lo que realmente ocurre es que existe una interminable lucha entre planta-virus que permite que ambos coexistan y esto se debe a que los virus también han desarrollado herramientas para evadir las defensas de la planta. La mayoría de los virus poseen una proteína que es la que se encarga de esta “contradefensa”.

Esta proteína viral tan fascinante es la que estamos estudiando en el laboratorio donde realizo mi trabajo. En concreto, estamos estudiando un virus de geranio, que causa importantes pérdidas en la industria ornamental al provocar daños en las hojas, como los que se muestran en la imagen (Fig. 1).

Este virus genera 5 proteínas: dos proteínas de movimiento, que permiten al virus moverse por la planta, dos proteínas para multiplicarse, para generar más copias del virus, y una proteína estructural, conocida como proteína de cubierta, que envuelve al virus para protegerlo.

Trabajar con geranio no es muy fácil, por lo que para realizar los experimentos usamos otra planta mucho más sencilla que también se infecta por este virus. Nuestro primer objetivo fue determinar que proteína de las 5 que codifica el virus es la proteína de “contradefensa”, el supresor viral en jerga científica. El experimento es bastante sencillo: separamos cada gen del virus (cada uno origina una proteína) y los colocamos por separado en una planta junto con un gen “chivato”, en concreto un gen que codifica una proteína fluorescente verde de medusa muy usada en investigación y que se conoce como GFP (siglas que provienen de su nombre en inglés, Green Fluorescent Protein). Cuando estas proteínas se generen en la planta, cómo la planta detecta a las proteínas virales (y a la proteína fluorescente) como algo extraño, se defiende de ellas y la elimina, por lo que podemos ver como la fluorescencia se va apagando con los días. Pero si una de las proteínas virales es la que bloquea las defensas, en esa planta la fluorescencia no se apagará ya que la planta no se defenderá y no podrá eliminar a la proteína fluorescente. La proteína viral que consiga mantener la fluorescencia será la proteína de “contradefensa”. Este experimento nos permitió demostrar que la proteína que realiza esta función es la proteína de cubierta.

Una vez identificamos la proteína, empezamos a realizar diversos experimentos para conocer cómo funciona y que estrategia emplea. Para conocer donde se sitúa esta proteína en las células vegetales realizamos un experimento donde la unimos con la proteína que emite fluorescencia (la proteína verde fluorescente que he mencionado antes). Como las dos proteínas se generarán en la planta juntas, ya que las hemos empalmado, podremos conocer donde se genera la proteína viral viendo en un microscopio donde hay fluorescencia. 

También estamos intentando conocer si esta proteína se une a otras proteínas de la planta y si estas interacciones son importantes para su función. En este caso lo que hicimos fue dividir la proteína fluorescente en dos partes. Cada parte de esta proteína por separado no emite fluorescencia cuando la expresamos en planta, pero, si las dos partes están cerca, se vuelven a unir y la fluorescencia se reconstituye. Así pues, unimos  nuestra proteína con una de las partes y el otro fragmento lo unimos a una proteína de planta que está involucrada en defensa contra virus. Después, sólo teníamos que expresarlas juntas en planta y observar si veíamos fluorescencia o no. Si las dos proteínas interaccionan, los dos fragmentos de la proteína fluorescente estarán cerca y se emitirá fluorescencia, mientras que si no interaccionan, la fluorescencia no se reconstituirá (Fig. 2). Repetimos este experimento con otras proteínas involucradas en defensa y conseguimos conocer que nuestra proteína interacciona con dos elementos de defensa muy importantes.

Figura 2. Ensayo para observar interacciones entre proteínas.

Por último, nos hemos planteado conocer que partes de la proteína son más importantes, así que hemos ido cambiando pedazos y ensayando estas variantes para ver qué ocurre cuando la modificamos.

Conocer cómo actúa esta proteína sería muy interesante para comprender mejor cómo se comportan los virus y así intentar desarrollar alguna estrategia para conseguir plantas resistentes. Hay que tener en cuenta que los virus causan muchos problemas en la agricultura y en otros sectores, como la industria ornamental, y que una vez una planta se infecta ya no hay vuelta atrás, por lo que cuanta más información tengamos sobre los virus más fácil resultará combatirlos. Conocer las debilidades de tu enemigo es la mejor estrategia para vencerlo. 

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Miryam Pérez Cañamás.

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Observando a los viroides desde una perspectiva panorámica.

Los viroides son un tipo de patógeno vegetal muy similar a los virus, pero con una estructura más sencilla. Causan diversas enfermedades en las plantas, en muchos casos en plantas destinadas para el consumo, disminuyendo su calidad organoléptica, visual e incluso, delimitando las cosechas al ser infectadas.

La investigación que se realiza en el laboratorio abarca cuestiones referidas a la biología tanto de virus como de viroides, estudiando su movimiento a través de la planta, su replicación, el sistema de infección que llevan a cabo…y muchas otras cuestiones a las que se intenta dar respuesta.

El trabajo que estoy llevando a cabo se basa en averiguar cómo se mueven estos patógenos dentro de la célula vegetal.

Para poder determinar su localización primero se tuvo que adherir una molécula fluorescente de color verde al cuerpo del viroide, para así, poder seguir el rastro del patógeno. Por sí solo no emite ningún color que se pueda detectar al microscopio, por tanto, es una forma de marcar lo que queremos observar.

Una vez hechas las construcciones, mediante técnicas, introdujimos el viroide dentro de las hojas de plantas de Nicotiana Benthamiana (planta modelo que se utiliza en investigación perteneciente a la familia del tabaco), visualizándolas al microscopio confocal  (un microscopio especial que es capaz de detectar luz fluorescente) y observando imágenes como las que se muestran, dónde el color verde determina la localización de nuestro patógeno.

Este tipo de investigación es una aproximación de cómo los viroides pueden interactuar, moverse por la planta; se trata de un estudio básico para poder llegar a comprender cuáles son sus mecanismos de infección y cómo interactúan con el hospedador (las plantas de cultivo), para así, en un futuro, poder diseñar mecanismos preventivos o favorables que nos permitan  delimitar el movimiento del patógeno por la planta y acotar así su infección.

Mayte Castellano Pérez.

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¡Traduciendo la ciencia!

En una reunión social, casi siempre preguntas o te preguntan ¿qué haces en tu trabajo?. Hay que reconocer que cuando se trata de ciencia, es complicado saber usar palabras que todas las personas puedan comprender. Ayer me reuní con mis amigas del colegio y cuando me preguntaron sobre el tema de mi proyecto de tesis decidí explicarles, traducirles lo que hago, así:

Trabajo con plantas, para fines de investigación se utiliza una planta modelo que es Arabidopsis thaliana.  Como saben, todo ser vivo posee su información genética, que para éste es lo mismo que el manual de indicaciones de funcionamiento para un electrodoméstico. Yo estudio una de esas indicaciones, una proteína llamada eIF5A. 

La información genética sufre tres procesamientos: replicación, en la cual la información genética es duplicada; sería como copiar idénticamente el manual de indicaciones. Sin embargo este manual está formado por palabras desordenadas, para lo cual es necesaria la transcripción; proceso por el cual la información genética o ADN se transcribe a ARN. En el caso del manual, la transcripción sería como ordenar las palabras y darle sentido a todas las indicaciones de funcionamiento del electrodoméstico. El último procesamiento que sufre la información genética es la traducción, proceso en el que podría intervenir eIF5A. 

Se conoce poco sobre el papel que desempeña eIF5A, hasta hoy ha sido implicada en varias funciones de las células incluyendo la iniciación y la elongación de la traducción, procesos que permiten la formación de las proteínas y consecuentemente la correcta función de los procesos de las plantas. El proceso de traducción sería análogo a tener el manual del electrodoméstico mencionado pero en un idioma desconocido; para lo cual eIF5A viene a ser el diccionario que nos permite comenzar y continuar la traducción de las indicaciones de dicho manual. 

Otras funciones que cumple es la progresión del ciclo celular, la supervivencia de las células. Además interviene en la muerte de los tejidos de hojas, flores y frutos (Hopkins, 2008).

En plantas existen tres isoformas de esta proteína (eIF5A1, eIF5A2 y eIF5A3) , que se expresan en distintas partes de la planta y bajo determinadas condiciones. Es algo así como los jugadores de campo de un equipo fútbol, que tienen tres posiciones distintas: defensas, mediocampistas y delanteros. A pesar de tener posiciones distintas, todos pertenecen al mismo equipo y actúan en un partido de fútbol dependiendo de las condiciones del mismo. De la misma manera las tres isoformas de eIF5A son del mismo “equipo”, aunque tengan distintas formas.

Uno de los objetivos de mi proyecto, es conocer si cada una de las isoformas de eIF5A interaccionan con ellas mismas y entre ellas, por ejemplo si eIF5A1 interacciona con ella misma o también con eIF5A2/3. Para esto se utiliza una técnica biotecnológica llamada Complementación Fluorescente Bimolecular, BiFC, por sus siglas en inglés. 

Esta técnica se basa en el uso de una proteína que emite fluorescencia bajo determinada longitud de onda; la fluorescencia puede ser observada bajo el microscopio. Esta proteína se llama proteína amarilla fluorescente YFP, por sus siglas en inglés, y para poder utilizarla “la divido en dos fragmentos”. El primer fragmento se une a eIF5A1, por ejemplo, y el segundo fragmento a eIF5A2. Si eIF5A1 interacciona con eIF5A2, entonces esta interacción permite que los dos fragmentos de YFP se unan y se reconstituye la proteína emitiendo la fluorescencia. De darse el caso contrario, si no existiera interacción, como eIF5A1 y eIF5A2 no tendrían contacto alguno, no habría oportunidad de que YFP se reconstituya y por ende produzca fluorescencia. 

Este procedimiento sería similar a tener una bombilla de luz y una boquilla conectada a la corriente eléctrica, tanto el bombillo como la boquilla tienen adheridos imanes en sus extremos. YFP estaría compuesta por la bombilla y la boquilla y los imanes serían cualquiera de las isoformas de eIF5A; si los dos imanes interaccionan; es decir si la bombilla tiene adherido un imán de polo positivo y la boquilla un imán de polo negativo; o viceversa; gracias a que los polos opuestos se atraen, se produciría luz debido a que la bombilla se conectaría con la boquilla. Caso contrario, si los dos polos fueran iguales, no se produciría luz. Lo mismo sucede con las proteínas eIF5A.

Otro de los objetivos de mi trabajo de fin de máster es saber de qué manera afecta la ausencia de eIF5A en la información genética de las plantas al desarrollo de las células del xilema de las mismas. El xilema es el tejido conductor de agua, sales minerales y otros nutrientes desde la raíz hasta las hojas. Se divide en dos tipos de tejidos: primario y secundario. Yo estoy analizando el xilema primario, porque me da información sobre el estado de madurez de la planta. Este tejido primario está compuesto por cuatro tipos celulares: anular, espiral, reticular y punteado. Los tipos anular y espiral maduran cuando la planta está aún en crecimiento y los tipos reticular y punteado maduran únicamente cuando la planta ya ha completado la elongación de su tallo; por lo que se encuentran en plantas que ya han llegado a su edad adulta.

Uno de los experimentos que realicé fue el recuento de los tipos celulares del xilema primario. Para esto utilizo tres genotipos de Arabidopsis distintos, es decir tres grupos de plantas con información genética diferente que a su vez son distintas físicamente. Estas son: un grupo de plantas normales, otro de plantas mutantes que son enanas, y el tercer grupo de plantas mutantes eIF5A, significa que no poseen el gen y en las cuales el tallo crece considerablemente más que en una planta normal, durante el mismo tiempo.

Para poder realizar el recuento se toma la porción de la planta que une la raíz con el tallo, se extraen las células del xilema mediante un proceso químico-térmico y con la ayuda de un colorante se observan en el microscopio los distintos tipos celulares del xilema. 

Estos dos objetivos, entre otras cosas, he estado realizando en mi proyecto de fin de máster. 

Bibliografía

Hopkins, M. (2008). Eukaryotic Translation Initiation Factor 5A Is Involved in Pathogen-Induced Cell Death and Development of Disease Symptoms in Arabidopsis . Plant Physiology , 148, 479–489 .

Carla Almendáriz. 

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¡ESTE FRUTO ESTÁ ENDEMONIADO

Soy Amparo, estudiante del máster de Biología Molecular y Celular de Plantas que oferta la Universidad Politécnica de Valencia. Estos meses estoy realizando allí mi proyecto final de máster. Como último trabajo, Jose Miguel Mulet (para los alumnos JM) nos ha mandado un trabajo en el cual tenemos que explicar nuestro proyecto de manera que lo pueda entender todo el mundo. Pues bien, ahí va.

Concretamente trabajo con una planta modelo que se llama Arabidopsis Thaliana, que sería como el ratón con el estudio en animales. Se trata de una planta que en la naturaleza es una mala hierba. Para algunos estudios, esta planta es muy interesante porque es fácil de cultivar, sobre todo porque tiene un ciclo de vida muy rápido (en el invernadero de 8 a 10 semanas).

En mi caso, estudio la forma de una parte de este fruto. Arabidopsis tiene un fruto de unos 3cm de longitud y tiene una forma cilíndrica donde su interior alberga las semillas. A mí me recuerda a la forma de una judía verde “boby” pero mucho más pequeña. Os pongo una foto de ambas.

                              

En el laboratorio donde realizo mi proyecto se dedica a estudiar el desarrollo del fruto en plantas. Para explicarlo de una forma sencilla, lo explicaré con un ejemplo que nos resulta más cercano a todos. En plantas, el fruto podría comparase, en humanos, con una mujer embarazada que está gestando un hijo. En plantas pues, la semejanza sería el fruto que recubre la semilla, que es lo que posteriormente dará una nueva planta. Pues bien, todo el proceso por el que pasa una mujer mientras está gestando un hijo, está gobernado por muchos tipos de moléculas. En mi caso, de entre todas ellas, se encuentran los que yo estudio y son “genes devil”. Estos genes se encargan del desarrollo de una parte del fruto. Como en humanos, extremidades, ojos, órganos… todo forma parte del desarrollo del embrión. En mi caso, lo estudio pero en plantas.

Yo estudio una de estas moléculas que intervienen en el proceso de desarrollo del fruto (genes devil). Se conocen desde el 2004 (1). Se descubrieron porque los investigadores estaban buscando mutantes en este tipo de plantas, y vieron que las plantas con mucha cantidad de esta molécula tenían unos frutos muy llamativos, con lo cual, decidieron ver de qué se trataba. Tienen el nombre “devil” porque sus frutos adquieren una forma diferente a los normales. Como podéis ver en la siguiente imagen, comparados con los normales, hay una zona de la que les salen como dos cuernos, lo que recuerda a un demonio. Una de las cosas más divertidas para los científicos es ponerle nombre a las cosas que descubren. Además, como dice mi jefa: “quien tiene un fenotipo, tiene un tesoro”. Quiere decir, como en este caso, que si tu planta tiene un aspecto muy diferente al aspecto normal que tiene la planta, es mucho más llamativo y visual trabajar con ella.

Para hacer que el fruto produzca más devil de lo normal y tenga esa forma “endemoniada”, se utilizan plantas transgénicas. Como inciso decir que no tengo como objetivo dar mi opinión sobre los transgénicos aquí, pero podéis imaginar cuál es mi opinión sobre ellos si en mi proyecto estoy utilizando dicha tecnología.

El objetivo de mi trabajo es conocer la función de estos “genes devil”, para saber qué demonios hacen en la planta y si interaccionan con otras moléculas. Como podéis imaginar y como todo trabajo de investigación es una ardua labor, la cual necesita de mucho tiempo y dedicación.

Espero haber cumplido el propósito de este post, explicar de una manera sencilla a gente que no tiene por qué saber de ciencia de qué trata mi proyecto.

(1)   http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14871303/

Amparo Primo Capella, en twitter @Mariamparoooo

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¿Comemos o conducimos? Euphorbia lathyris tiene la respuesta

Casi sin darnos cuenta el consumo energético está presente en nuestro día a día cotidiano desde las primeras horas de la mañana con el sonido del despertador, como en la necesidad de transporte o en el uso de climatizadores en nuestros lugares de trabajo. Los combustibles fósiles han sido ampliamente explotados durante muchos años y han cubierto en gran medida nuestras necesidades energéticas. Estos combustibles fósiles, sin embargo, presentan una serie de inconvenientes, principalmente su agotamiento. Por esta razón es importante desarrollar fuentes alternativas de energía para garantizar el abastecimiento a generaciones futuras.

Para clasificar la energía alternativa la dividiré en dos grandes grupos, las cuales cubren distintas necesidades. El primer grupo abarca las fuentes que producen energía eléctrica, como la energía solar, eólica o hidroeléctrica. El segundo grupo incluye los biocombustibles o la energía obtenida a partir de plantas que se obtiene en estado líquido. En esta nota me centraré principalmente en este segundo grupo de energía renovable.

La energía alternativa es todo un reto para la ciencia. Es cierto que hoy en día disponemos de eficaces sistemas de explotación de los combustibles fósiles, mientras que la obtención de energía a partir de los organismos vegetales está algo más limitada. Sin embargo los biocombustibles tienen grandes ventajas frente a los combustibles fósiles. La principal ventaja, como ya he mencionado, es que se trata de una energía renovable y por lo tanto inagotable. Además el uso de biocombustibles conlleva la reducción neta de emisiones de CO2 (dióxido de carbono) a la atmósfera.

Inicialmente se recurrió al uso de especies utilizadas para el consumo alimenticio para la obtención de biocombustibles de primera generación. Entre las especies mayormente utilizadas para la obtención de bioetanol a partir de la fermentación de azúcares destacan el maíz en EEUU y la caña de azúcar en Brasil. Otros cultivos como la colza y la soja se han utilizado para obtener biodiesel.

En este punto surge la pregunta del millón: ¿está bien utilizar cultivos alimenticios para la producción de biocombustibles? Si piensan que no es lo más ético, tengo una noticia para darles. Los biocombustibles de segunda generación son lo que se obtienen a partir de cultivos no alimenticios, o de residuos forestales y agrícolas, es decir, material vegetal no utilizable para el consumo alimenticio humano. La celulosa obtenida de la biomasa vegetal es degradada por enzimas hasta obtener azúcares que luego son fermentados para producir el bioetanol. Sin embargo estos cultivos tienen procesos que resultan muy caros debido al precio de las enzimas utilizadas para degradar la celulosa.

Como una alternativa les presento a Euphorbia lathyris. Además de ser un cultivo no alimenticio tiene la ventaja de adaptarse muy bien a distintos ambientes y ser tolerante a la sequía. Además a partir de esta planta se puede obtener tres productos distintos. El biodiesel obtenido del aceite de las semillas, la gasolina a partir de los hidrocarburos del látex producido por las células laticíferas, y el bioetanol por fermentación de azúcares simples. Una vez extraídos estos azúcares simples se pueden usar estos restos lignocelulósicos para obtener más azúcares simples mediante enzimas y nuevamente volver a procesos fermentativos para la obtención de más bioetanol.

Si bien E. lathyris no ha sido tradicionalmente estudiada en el campo de la biología, el amplio
aprovechamiento energético de esta especie ha sido el motor que ha impulsado proyectos
dedicados al estudio de esta especie, incluso a nivel molecular. A pesar de que hoy en día no se disponga de biocombustibles comerciales obtenidos a partir de E. lathyris, los resultados obtenidos así como las características anteriormente mencionadas, hacen de E. lathyris una especie de gran importancia en el campo bioenergético en los años venideros.

E. lathyris viene abriéndose puertas entre los biocombustibles del futuro. Ni dejaremos de comer ni dejaremos de conducir.


Daniela Engelbert
Máster IBMCP

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El Enigma del Viroide

Uno de los problemas más graves al que deben hacer frente los agricultores son los virus vegetales. Estos microscópicos invasores son capaces de ocasionar grandes pérdidas económicas a través de una gran variedad de síntomas diferentes: disminución del crecimiento, manchas o decoloración, lesiones en hojas, flores o frutos,...etc. El principal problema de la virosis (es así como se denomina a cualquier enfermedad ocasionada por virus) es que una vez la planta ha sido infectada no hay tratamiento capaz de erradicarlo. Además de los virus, las plantas pueden sufrir la invasión de otro tipo de enemigos invisibles denominados viroides, capaces de causar una sintomatología muy similar a la de los virus.

Los viroides son patógenos que afectan exclusivamente a las plantas y que poseen una extraordinaria simplicidad en su composición, mayor incluso que la de sus compañeros los virus, por lo que su gran capacidad de causar enfermedad resulta sorprendente. Asimismo, y precisamente por su simplicidad, las rutas por las que los viroides se mueven a lo largo de toda la planta para conquistarla son todo un enigma.

Una de las líneas de investigación que se lleva a cabo en el laboratorio de Virología Molecular de Plantas en el que colaboro persigue precisamente resolver dicho enigma. ¿Cómo son capaces los viroides de invadir por completo la planta careciendo de componentes tan esenciales como son las proteínas? ¿Secuestrarán algún componente presente en la planta para usarla en su propio beneficio? Partiendo de esta última hipótesis, se observó que en la savia (o específicamente en el floema, o savia elaborada en la jerga científica) de ciertas especies vegetales existe un componente, concretamente una proteína, capaz de unirse específicamente a los viroides. Dado que se sabe que los virus necesitan de un componente propio (denominado proteína de movimiento) para moverse a lo largo de la planta, este resultado nos acerca a comprender mejor cómo ocurre este proceso.

 

      Savia o exudado floemático. ¿Es  la clave?

 En este tipo de estudios, el empleo de especies de las Cucurbitáceas, como son la calabaza, el pepino, la sandía o el melón, es especialmente interesante. Por un lado, estas plantas son capaces de producir grandes cantidades de savia, y por otro, se trata de una familia vegetal cultivada en casi todo el planeta y que posee una gran importancia económica. Las últimas estadísticas realizadas por la FAO (Organización para la Alimentación y la Agricultura) indican que la producción de estos cultivos alcanza aproximadamente los 195 millones de toneladas en todo el mundo.

 

               Las Cucurbitáceas, de todos los tamaños y colores

      Por tanto, no resulta descabellado suponer que una mejor comprensión del mecanismo por el cual los viroides producen enfermedades en este y otros cultivos podría traducirse en un aumento de la producción y mejora de las características agronómicas de los mismos, suponiendo un beneficio tanto para los agricultores como para nosotros, los consumidores

María Tortosa Viqueira

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Esqueletos contra virus: la batalla de Endor en la guerra vegetal de los mosaicos

Actualmente, los virus son responsables de parte de la disminución en la producción agrícola y su combate se realiza básicamente mediante métodos químicos. Sin embargo, las plantas también son capaces de reaccionar y defenderse por sí solas, utilizando una serie de mecanismos naturales para esto.

Un virus es un pequeño agente infeccioso que necesita introducirse en el interior de las células vivas de un organismo para el desarrollo de su infección. El pequeño tamaño de los virus, su simplicidad estructural y su falta de actividad metabólica limita significativamente el tipo de procesos que los virus son capaces de emprender por sí mismos.   

AMV tiene una distribución mundial, ocasionando enfermedades en varios cultivos de importancia económica, entre ellos la papa, la alfalfa, la soja y el trébol blanco.

El AMV hace que las hojas presenten dibujos característicos tipo mosaico de colores.

Figura 1  Hojas de soja infectada con AMV.

 Es un virus con una elevada expresión de la proteína de cubierta (CP) y que requiere para su infección. Se trata de una proteína multifuncional que participa en diferentes fases del ciclo de infección de AMV.

En este laboratorio observaron la interacción de la CP de AMV con la proteína  2-oxoglutarato oxigenasa dependiente de Fe(II) (2OG).

La proteína 2OG, es una proteína desconocida que forma parte de una gran familia de oxoglutarata dioxigenasas dependientes de Fe(II). En plantas, participa en la síntesis de algunas hormonas, pero actualmente ha incrementado el interés de esta proteína debido a su intervención en la interacción planta-patógeno, observada en la inducción del sistema defensivo de Arabidopsis thaliana frente a un parásito.

Parece existir un reconocimiento entre CP de AMV y 2OG. ¿Es posible que esta interacción afecte a la infección de AMV favoreciendo a la planta? ¿O es una proteína que ayuda a la infección del virus?

Los resultados obtenidos, indican que una elevada presencia de 2OG produce una reducción del tamaño de los focos de infección en las hojas infectadas de AMV. Se confirma que se produce la interacción de virus y la proteína 2OG.  Lo cual plantea dos  nuevas hipótesis,  la infección de virus, se ve afectada por que 2OG participa favoreciendo a la planta. O se debe a la gran acumulación de 2OG (que en condiciones naturales no se produce) que reduce el desplazamiento del virus al núcleo y al nucléolo.

A partir del efecto observado, incrementó el interés del estudio de esta proteína.  2OG se  ha localizado en el los microtúbulos del citoesqueleto de la célula vegetal.

Localización de la proteína 2OG.  

Los filamentos que se observan en la figura 2  es donde se localiza 2OG. La construcción utilizada es GFP:2OG (GFP es una proteína fluorescente de color verde, que es utilizada como marcador molecular).

                 

El citoesqueleto es un red tridimensional de proteínas que proporcionan una función estructural y dinámica. En las células eucariotas, consta de microfilamentos (MF), filamentos intermediarios (FI) y microtúbulos (MT). MT es uno de los principales componentes del citoesqueleto y en las células vegetales tiene una función dinámica con movimientos coordinados y dirigidos.

En ocasiones también se ha localizado la CP en esta red tubular. Mediante el uso de drogas que altera los MT, los resultados indicaron que los MT pueden ser una de las vías de transporte intracelular que utiliza AMV.  

La localización de 2OG y el desplazamiento del virus en esta misma red, parece permitir la interacción entre estos dos. Pero tras los experimentos realizados, no se asegura la función de esta interacción. Sin embargo, se podría confirmar mediante transgénicas, en las que no se exprese la proteína 2OG, la función de esta proteína en la interacción con CP. ¿Ayuda a la planta o favorece al virus?

Gabrielle Shira van Beest

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Adaptando las plantas a la sequía

Las plantas, al igual que el resto de seres vivos, están sometidas a un estrés más o menos constante. En primer lugar hay que decir que la palabra “estrés” que utilizamos en biología tiene una acepción diferente en nuestra vida cotidiana. Por estrés se entiende cualquier condición ambiental que perturba a un organismo o su actividad. Así pues, factores como la luz, la radiación, microorganismos patógenos o la disponibilidad limitada de nutrientes, son causas comunes de estrés. Las plantas poseen además el hándicap de ser sésiles y no poder desplazarse, lo que hace que necesariamente tengan que soportar las no siempre fáciles condiciones del medio, sufriendo un gran estrés. Uno de los estreses que más afecta a las plantas es la falta de agua, denominado en la jerga déficit hídrico, que en su condición más extrema está representado por la sequía. Cuando la planta detecta algún tipo de estrés, como por ejemplo la falta de agua en el suelo, pone en marcha una serie de mecanismos para adaptarse y sobrevivir a esta situación. Un ejemplo más cercano a nuestra especie sería que cuando existe un incremento en nuestra temperatura corporal, nosotros podemos optar por ponernos a cubierto del sol o beber agua, y nuestro cuerpo pone en marcha mecanismos de sudoración con el fin de disminuir su temperatura. Alternativamente las plantas cierran los estomas (pequeñas poros en las hojas que regulan el intercambio de gases) evitando así perder agua y mantienen el crecimiento de la raíz para buscar cualquier resquicio de agua en el suelo. En la puesta en marcha de estos mecanismos en la planta participa activamente una hormona vegetal denominada ácido abscísico (ABA), conocida también como la hormona del estrés. El ácido abscísico (ABA) ejerce como mensajero para informar a la planta de una situación de estrés para así poner en marcha los mecanismos necesarios para soslayar esta situación. El modo en que el ABA ejerce su función implica una serie de componentes que funcionan de manera coordinada en lo que denominados una ruta, que es básicamente como una reacción en cadena o un efecto dominó. El final de esta reacción en cadena y por tanto de la ruta conlleva la activación de las respuestas de la planta para superar o adaptarse al estrés.

La sequía, uno de los grandes problemas de la agricultura actual (y pasada)

En nuestro laboratorio se trabaja investigando varios de los componentes de esta ruta, que nosotros denominamos “ruta de señalización de ABA”, pues el ABA es la señal que le indica a la planta que debe ejercer una respuesta frente a un estrés. Más concretamente, durante este año mi trabajo ha consistido en la investigación acerca de los primeros componentes que actúan en esta ruta, los denominados receptores (PYR/PYL), en una planta modelo llamada Arabidopsis thaliana (esta planta es modelo no porque sea alta, delgada y guapa, sino porque reúne una serie de características que la hacen especialmente útil en el laboratorio).  Continuando con la analogía del dominó, los receptores serían una de las primeras fichas de dominó en caer, empujando en su caída a otros componentes de la ruta. La manera de investigar la función de estos componentes (en este caso un receptor) es desactivar su función y observar el resultado de esa desactivación (lo que se denomina fenotipo). Se obtiene así una planta mutante para esa función. Cuando se desactiva la función de varios de estos componentes se obtiene un mutante múltiple.

En Arabidopsis existen 14 genes de receptores que se nombran como PYR1 y PYL1 a PYL13, y mi tarea ha consistido en obtener plantas mutantes múltiples de estos receptores para averiguar aspectos relativos a su función observando su fenotipo. Hemos conseguido generar una planta que tiene afectados hasta 7 de estos receptores (un mutante séptuple) que tiene diversos problemas fisiológicos y no pueden responder igual de bien ante un estrés. Uno de estos problemas es que estas plantas tienen grandes pérdidas de agua por transpiración, de modo que hay que mantenerlas en un ambiente con una elevada humedad. Asignar una función concreta a cada receptor no es tarea fácil, pues todos tienen una función similar en la planta. No obstante, sí que hemos observado que no todos los receptores tienen la misma importancia dentro de la planta y que parece existir una jerarquía, de tal modo que la planta parece sobrellevar mejor la pérdida de función de unos receptores que de otros. Por ejemplo, la planta se encuentra afectada de diferente manera si le faltan los receptores PYR1, PYL1 PYL2 y PYL4 que si le faltan los receptores PYR1 PYL4 PYL8 y PYL9, aunque a ambos les falten 4 receptores. Necesitaremos de más y nuevos experimentos futuros para averiguar más acerca de estos receptores.

El conocimiento no solo de los receptores, sino del resto de componentes de esta ruta de señalización de ABA, de las diferentes piezas del dominó, tiene potenciales aplicaciones en la agricultura, en cuanto a la obtención plantas que toleren mejor ciertos estreses, sobre todo el estrés hídrico, es decir, la sequía. Modificando determinados componentes que intervienen en esta ruta, se podrían obtener plantas resistentes a la sequía, que tuvieran las respuestas adaptativas frente a este estrés permanentemente activadas. Esto supondría un incremento en el rendimiento de las cosechas, pues se disminuirían las pérdidas ocasionadas por los periodos de sequía. Es probable también que en un futuro existan fármacos que activen estos receptores, haciendo a las plantas más resistentes a la sequía y que sean aplicados por los agricultores, como hoy día lo hacen con los fertilizantes o los antifúngicos. Parecen claros entonces los beneficios de la investigación en este campo. Pero para que las potenciales aplicaciones se conviertan en aplicaciones reales, debería transferirse el conocimiento generado en Arabidopsis a plantas de interés agronómico, como bien podría ser el tomate.

RUBÉN FERNÁNDEZ SANTOS

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Un nuevo virus quema los cultivos de tomate

El tomate es un cultivo muy importante a nivel mundial, siendo España el octavo productor de tomate del mundo, pero su producción, a menudo, se ve limitada principalmente por el amplio rango de enfermedades que afectan a este cultivo, siendo los infecciones virales las que mayores pérdidas económicas ocasionan.

En 2007, Investigadores del Instituto de Investigación Fitogenética (PRI) de la Universidad de Wageningen (Holanda) identificaron un nuevo virus, Tomato torrado virus (ToTV), como agente causal de la enfermedad del torrado que deja a tomates y plantas inservibles mostrando un aspecto calcinado, de ahí el nombre de «torrado». Este peculiar virus carece de propiedades características presentes en los demás virus que atacan al tomate y es extremadamente agresivo. Además, según el Ministerio de Agricultura ya se está extendiendo por España, habiendo sido detectado en Murcia y Almería, se cree que unas doce hectáreas del sureste podrían estar infectadas.

Quizá, lo más peligroso de este virus sea que se transmite de forma eficiente mediante mosca blanca, lo que favorece su propagación descontrolada. 

El problema reside en la proliferación desmesurada de las poblaciones de mosca blanca, tanto de la mosca blanca del tabaco (Bemisia tabasi), como de la mosca blanca de los invernaderos (trialeurodes), que pueden causar daños directos e indirectos. El daño directo es el causado por la mosca cuando expulsa el exceso de savia succionada en forma de melaza y que sirve de soporte a la "negrilla" en hojas y frutos, devaluando así los precios del tomate al no lograrse un buen lavado. Los daños indirectos, tal vez son más importantes, ya que la mosca pica en una hoja que tenga virus del torrado y lo traslada, con el grave inconveniente de que ni siquiera la fruta se puede aprovechar. Se pierde la planta y se pierden los tomates, mientras que con otros virus, como el de la cuchara se pierde la planta, pero al menos los tomates se pueden aprovechar. Además, el calor incrementa la producción de huevos de la mosca en menos tiempo, aumentando el riesgo de infección y, por tanto, de cuantiosas pérdidas económicas

Actualmente, no se dispone de clones infectivos de este virus por lo que no se ha podido profundizar en su conocimiento molecular, ni por tanto, en una mayor compresión de su modo de acción para poder paliar sus devastadores efectos. Sin embargo, la similitud de uno de sus genes, concretamente el que le permite desplazarse en el interior de la planta infectada, con genes de otros géneros virales, permite emprender el estudio del transporte viral de ToTV utilizando un sistema modelo que se fundamenta en el intercambio de proteínas de movimiento entre virus, uno conocido a nivel molecular y otro que no lo es, pero que se pretende conocer. Este conocimiento permitirá diferenciar cepas del mismo virus, su rango de hospedantes y su virulencia entre otros aspectos.

Mediante este proyecto de investigación, también se pretende analizar si la proteína de movimiento del virus del torrado funciona como transporte del virus tanto a corta como a larga distancia, así como su localización en la célula y la posible inducción de resistencia en las plantas infectadas. Este último dato sería interesante para que, mediante ingeniería genética, se pudieran incorporar cultivos de tomate resistentes a ToTV como una forma de paliar sus efectos en la producción de tomate y por tanto en la economía. Es esperanzador conocer que ya se ha logrado resistencia a determinados virus en cultivos de melón y pepino.

AMPARO HERNÁNDEZ LLOPIS (también en Facebook)

Nota: A partir de hoy, y durante los próximos días, iré publicando posts escritos por los alumnos de la asignatura de "comunicación científica" que imparto dentro del plan de estudios del máster de Biotecnología Molecular y Celular de Plantas. A los alumnos se les ha solicitado que cuenten el proyecto de investigación que están llevando a cabo (es obligatorio para obtener el título) de forma que lo pueda entender cualquier persona, independientemente de su formación. La elaboración de estos posts, la capacidad de atraer lectores, la forma de gestionar los comentarios son aspectos que contarán para la nota final de la asignatura. 

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