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Avanzan en cultivos que desarrollan antibióticos naturales para defenderse ante enfermedades

antibióticos naturales
Las plantas de maíz están protegidas ante patógenos fúngicos que causan enfermedades por duplicaciones genéticas recientes en múltiples vías hormonales que permiten la producción de antibióticos a pedido. | Imagen: UC San Diego.

Los investigadores identificaron seis genes responsables de la producción de antibióticos vegetales conocidos por su resistencia a enfermedades importantes en los cultivos.

Para satisfacer las demandas de las crecientes poblaciones humanas, la producción agrícola debe duplicarse en los próximos 30 años. Sin embargo, la salud de los cultivos actuales y su rendimiento esperado enfrentan una creciente lista de amenazas, desde plagas hasta eventos climáticos caóticos, lo que lleva a una necesidad urgente de identificar estrategias efectivas de defensa natural en la misma planta.

Los biólogos tienen acceso a una gran cantidad de datos genómicos y bioquímicos, pero descifrar rápidamente vías bioquímicas completas que protegen los cultivos clave de importancia mundial sigue siendo un desafío importante. Los científicos están eliminando las capas de inmunidad en el maíz, un alimento básico para las dietas en todo el mundo, para determinar si hay genes clave que permiten cócteles antibióticos sorprendentemente diversos que se pueden producir como mezclas defensivas contra numerosos agentes de enfermedades.

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Ahora, Yezhang Ding, Alisa Huffaker y Eric Schmelz de la Universidad de California en San Diego y sus colegas han desarrollado un enfoque sistemático y combinado para identificar tales genes en la defensa de los cultivos, y se describe en Nature Plants.

“Necesitamos saber qué mecanismos de defensa de cultivos son efectivos y qué podemos hacer para mantenerlos o mejorarlos aún más”, dijo Schmelz. “Los coautores y colaboradores en China ya están tomando algunos de los genes de maíz que caracterizamos y los están utilizando para mejorar significativamente la resistencia a las enfermedades en el arroz”.

Históricamente, la definición de una nueva ruta bioquímica completa en los cultivos ha requerido un progreso gradual y, a menudo, es la mejor parte de toda una carrera de investigación. En el nuevo estudio, los biólogos de la Universidad de California en San Diego describen cómo combinaron una variedad de enfoques científicos para definir claramente seis genes que codifican las enzimas responsables de la producción de antibióticos clave de maíz conocidos por controlar la resistencia a las enfermedades.

Las plantas de maíz que carecen de defensas antibióticas de molécula pequeña, derivadas de un esqueleto de 20 átomos de carbono conocido como diterpenoides, comúnmente sufren aumentos dramáticos en la susceptibilidad a las enfermedades fúngicas.

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“La mayoría de las personas aprecian que los pinos están fuertemente protegidos por resinas ácidas pegajosas que matan o disuaden a la mayoría de los microbios e insectos”, dijo Schmelz. “Describimos una ruta biosintética completa del maíz que también produce resinas ácidas a pedido en el sitio del ataque de hongos. Curiosamente, casi toda la vía se deriva de duplicaciones de genes evolutivamente recientes de diversas vías hormonales relacionadas con el crecimiento de las plantas y el metabolismo de la testosterona humana“.

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Uno de los pasos evolutivos fue una duplicación de genes relativamente reciente hace tres millones de años de la vía hormonal responsable del crecimiento de las plantas llamada giberelinas. En un paso que no se tomó prestado claramente de la biosíntesis de hormonas, dos enzimas oxidativas altamente promiscuas (con amplio sustrato y especificidad de producto) denominadas citocromo P450 se caracterizaron por producir reacciones únicas diferentes de las rutas de coníferas conocidas. En total, el esfuerzo aprovechó más de 2,000 muestras de plantas, cada una con 36,861 transcripciones, que abarcan 300 líneas diferentes de maíz para estrechar sistemáticamente a los candidatos y definir una ruta de maíz para antibióticos efectivos contra hongos patógenos.

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