Científicos del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG) han conseguido descifrar cómo algunas de las plantas más antiguas de la Tierra responden a las infecciones virales. En un estudio pionero publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, los investigadores han explorado cómo la hepática Marchantia polymorpha, una planta no vascular que ha existido durante cientos de millones de años, desarrolló mecanismos de defensa contra los virus. Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender mejor la evolución de la inmunidad de las plantas y ofrecer nuevas estrategias para combatir los patógenos que les afectan, que son responsables de importantes pérdidas agrícolas en todo el mundo.
Plantas antiguas, desafíos modernos
Marchantia polymorpha es un miembro de la familia de las hepáticas, uno de los primeros grupos de plantas en colonizar la Tierra hace más de 450 millones de años. Pertenece al grupo de los briófitos, al que también pertenecen los musgos. Estas plantas evolucionaron en una época en la que los paisajes de la Tierra eran extremadamente hostiles y tuvieron que adaptarse para sobrevivir en la tierra sin los sofisticados sistemas vasculares que poseen las plantas modernas. Si bien las hepáticas pueden no ser tan conocidas como cultivos como el trigo o el arroz, ofrecen pistas valiosas sobre cómo las plantas han lidiado históricamente con factores de estrés ambiental, como son las infecciones virales.
«El estudio de estas plantas milenarias nos permite rastrear las raíces evolutivas de los mecanismos de defensa de las plantas», explica Ignacio Rubio-Somoza, investigador del CSIC en el CRAG y autor principal del estudio. “Es fascinante ver cómo algunas respuestas inmunitarias que evolucionaron en plantas no vasculares como las hepáticas todavía están presentes en los cultivos actuales y cómo se han ido perfeccionando a lo largo de la evolución».
Infecciones virales en plantas antiguas
Si bien sabemos mucho sobre cómo las plantas modernas como el maíz o los tomates responden a los virus, se sabe mucho menos sobre cómo las plantas antiguas como Marchantia lidian con estos invasores. Los virus son una amenaza importante para las plantas; secuestran la maquinaria celular de la planta para replicarla, a menudo causando daños significativos. En los cultivos, las infecciones virales pueden conducir a una reducción de los rendimientos y productos de mala calidad, lo que hace que esta investigación sea muy relevante para la agricultura mundial.
En este estudio, los investigadores del CRAG han analizado más de cerca la interacción de Marchantia con los virus. Mediante el uso de técnicas modernas basadas en la secuenciación masiva, pudieron determinar que Marchantia interactúa principalmente con una clase completamente diferente de virus, virus de ARN, en comparación con los linajes de plantas que habían divergido anteriormente, lo que parece indicar que poco después de la colonización de la tierra los viromas de las plantas se remodelaron completamente. Además, cuando los investigadores estudiaron en concreto su interacción con el Virus del Mosaico del Tabaco (TMV), uno de los virus vegetales más estudiados que infecta principalmente plantas vasculares como el tabaco y los tomates, observaron que Marchantia empleaba unos mecanismos inmunitarios similares como respuesta a los ataques virales. En concreto, los investigadores descubrieron que Marchantia emplea una estrategia de defensa conocida como «silenciamiento del ARN», en la que el sistema inmunitario de la planta reconoce el ARN viral (el material genético de muchos virus) y lo destruye. Esta respuesta de silenciamiento del ARN es una de las defensas más cruciales de las plantas contra las infecciones virales. Curiosamente, esta respuesta inmunitaria que es general en esta planta no vascular, es precisamente la que ocurre únicamente en la vasculatura en cultivos como el tabaco.
«Esto es muy emocionante, ya que sugiere que al menos algunos mecanismos antivirales se han redirigido durante la evolución hacia tejidos adquiridos más recientement, como en el caso del sistema vascular», dice Ignacio Rubio-Somoza.
Sin embargo, los investigadores también descubrieron algunas diferencias inesperadas. Por ejemplo, Marchantia parece tener una respuesta sostenida al daño que ayuda a limitar la propagación viral. Cuando el virus ataca, las células de la planta alrededor del sitio de la infección permanecen en alerta, evitando que el virus se desplace a otras partes de la planta. Esta característica única sugiere que Marchantia desarrolló adaptaciones específicas para sobrevivir en su antiguo entorno, que probablemente estaba lleno de amenazas microbianas.
«Uno de los aspectos más emocionantes de esta investigación es que Marchantia ha conservado algunas respuestas inmunitarias antiguas, al tiempo que ha desarrollado estrategias únicas que no vemos en las plantas cultivadas», explica Rubio-Somoza.
Implicaciones para la agricultura moderna
Los hallazgos de este estudio van más allá del interés académico. Comprender cómo las plantas como Marchantia se defienden contra los virus podría tener implicaciones significativas para la agricultura. A medida que el cambio climático conduce a ambientes más extremos, las plantas se vuelven cada vez más vulnerables a los factores estresantes, incluidos los patógenos como los virus. Los cultivos con sistemas inmunológicos más fuertes tienen más probabilidades de sobrevivir en entornos desafiantes, lo que hace que este tipo de investigación sea esencial para la seguridad alimentaria.
Entender el proceso evolutivo de los mecanismos inmunitarios puede ayudar a identificar nuevas dianas para el desarrollo de variedades de plantas con una mejor respuesta frente a los patógenos, lo que en última instancia conduciria a plantas con sistemas inmunitarios más robustos. Fuente y foto: CRAC
Foto: Ignacio Rubio-Somoza, CSIC Scientist
