Los efectores y sus dianas: ¿TAL(E) para cual?

Por J. M. Mulet, el 11 noviembre, 2020. Categoría(s): Ana Chuán • fitopatología • Master IBMCP • Xanthomonas citri ✎ 6

Post realizado por Ana Chuán, estudiante del máster de biotecnología molecular y celular de plantas.

 

Si nos preguntaran por alguno de los principales cultivos de España, y más concretamente de la zona de Valencia, muchos pensaríamos rápidamente en la naranja ¿verdad?. Pues bien, imagina las consecuencias que tendría que los cultivos de estos cítricos se vieran afectados por una enfermedad que dañara sus hojas y sus frutos. Esto es lo que ocurre con la cancrosis de los cítricos. Está causada por la bacteria Xanthomonas citri (X. citri) y,  por suerte, no se ha extendido por Europa hasta el momento, aunque sí lo ha hecho por otras partes del mundo.

Apariencia que muestran las naranjas afectadas por la cancrosis de los cítricos.

Para entender un poco mejor cómo se desarrolla la enfermedad en la planta, tenemos que hablar de los efectores bacterianos, las proteínas protagonistas de la historia que os voy a contar, y de las diferentes barreras defensivas que tiene la planta para protegerse de los patógenos.

Para que conozcáis un poco mejor a nuestros protagonistas, nos falta ponerles el apellido: “tipo TAL”. Los efectores tipo TAL o TALEs tienen en los extremos unos dominios que le permiten moverse adecuadamente por la célula, y una región central. Esta última está formada por varias repeticiones casi idénticas de aminoácidos (moléculas que forman las proteínas) y es la que va marcar la identidad de cada uno de los efectores, así como su capacidad para unirse a unos u otros genes a su llegada a las células de la planta.

Estructura de un efector tipo TAL. En los extremos aparecen los dominios para su movilidad en la célula. La parte central está formada por repeticiones casi idénticas, donde podemos ver las diferencias entre ellas marcadas en rojo. Modificada de Bogdanove et al., 2010.

Cuando la bacteria alcanza la planta, libera estos efectores dentro de las células vegetales, donde se van a topar con la primera línea de defensa, la llamada PTI. Para no meternos en demasiados jardines, nos quedaremos con que los efectores son capaces de superar esta primera barrera defensiva. Tras esto, se van a encontrar con la segunda barrera (la planta no se lo va a poner fácil a nuestros protagonistas), conocida como ETI.

Si la planta es susceptible, los efectores van a superar esta barrera, provocando la enfermedad. En cambio, si la planta es resistente, que es el caso que más nos interesa, va a ser capaz de reconocer estos efectores y “frenarlos”, gracias a la activación de esta segunda barrera. Este proceso lleva habitualmente a la respuesta hipersensible (HR), que aparece en las hojas a modo de “manchas”. Aunque a priori podríamos pensar que son algo negativo para la planta, es todo lo contrario. Con ellas, consigue restringir la expansión del patógeno.

¿Y cómo consigue esto la planta? Tras entrar en la célula y haber superado la primera línea de defensa (la PTI), los TALEs se van a dirigir al núcleo de la célula vegetal, donde se encuentra la información genética de la planta. En el núcleo se van a unir a una secuencia de ADN específica, según cuál sea la secuencia del TALE. En las plantas resistentes, la secuencia diana de ADN a la que se van a unir los TALEs corresponde con los genes de resistencia o genes R (en concreto con sus zonas promotoras). Gracias a la unión del TALE en estos sitios, se activa la expresión de estos genes R, desencadenando una respuesta de resistencia en la planta.

Una vez contado esto, ya tenéis la primera parte de la historia que me contaron cuando llegué al laboratorio. En la segunda parte la cosa se pone aún más interesante. Hay un efector de X. citri (PthA4AT) capaz de desencadenar la HR, y por tanto, evitar el desarrollo de la enfermedad en Nicotiana benthamiana. ¿Y quién es esta planta?, ¿no estábamos hablando de cítricos?. Veréis, esta planta es una especie modelo muy utilizada en la investigación, ya que está muy estudiada y nos permite trabajar de forma sencilla.

Plantas de Nicotiana benthamiana (izq) y zonas con HR en sus hojas tras inocular con el efector (dch).

Hasta aquí todo suena genial, ¿verdad?. Pues bien, este efector que se identificó tenía una longitud muy pequeña: 7,5 de las repeticiones que os hablaba antes, y esto arrastra una dificultad. Al tratarse de una secuencia tan corta, el efector tiene una gran cantidad de posibles secuencias diana en el genoma (material genético) de la planta a las que unirse. Esto quiere decir que va a haber muchos fragmentos del genoma de la planta (genes) con los que va a poder complementarse y tenemos que identificar cuál de todos ellos es el que dispara la HR.

Para llevar esto a cabo, diseñamos efectores sintéticos, que funcionan igual que los naturales, de modo que pudiéramos poner nuevas repeticiones y en el orden deseado. Así conseguimos extender el efector original hasta 10 repeticiones y “concretar” algunas de las que ya tenía, haciéndolo más específico y obteniendo una HR muy intensa. De esta forma se consigue reducir el número de posibles dianas en el genoma.

Y justo en este punto arranca mi TFM. El objetivo principal, como os he ido contando, es identificar el gen diana al que se une el TALE y que causa la respuesta de defensa en la planta, la HR. Para ello, por un lado hemos infectado las plantas con el efector de 10 repeticiones que obtuvimos para hacer un RNA-Seq. Este ensayo nos ha permitido obtener una larga lista de los genes que cambian su expresión (y cuánto lo hacen) en función de si está nuestro efector presente en la planta o no.

A partir de esta lista hemos escogido los genes candidatos más prometedores para ponernos manos a la obra. Una vez comprobado que en su secuencia está el sitio al que se une el TALE, los clonaremos para poder ensayarlos en Nicotiana y ver si resultan en la aparición de la HR tras su expresión transitoria en la planta.

De forma paralela, y si el tiempo juega a nuestro favor, el diseño de efectores más extensos basándonos en el original nos permitiría acercarnos aún más a este gen diana, acotando la lista de candidatos. Veremos hasta dónde llegamos… ¡Os mantendré informados!

 

 

 



6 Comentarios

  1. Interesante y complejo. Ánimo con el estudio. Necesitamos controlar las situaciones que destruyen el esfuerzo del agricultor. No hay mejor manera que la vuestra, investigación…

    1. Muchas gracias Ana, me alegra que te haya resultado interesante.
      Como bien dices, es fundamental hacer esfuerzos por mejorar el desarrollo de los cultivos y evitar este tipo de situaciones que suponen grandes pérdidas para el agricultor. Así que, ¡seguiremos investigando!
      Un saludo.

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