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CIENCIA CIENCIA HOY Ciencia hoy Los microRNAs, orquestadores de las respuestas de defensa de las plantas
CIENCIA CIENCIA HOY Ciencia hoy Los microRNAs, orquestadores de las respuestas de defensa de las plantasLos microRNAs, orquestadores de las respuestas de defensa de las plantas
Michel Pale, Diana Sánchez-Rangel y Enrique Ibarra-Laclette
Las plantas son organismos sésiles, es decir, son incapaces de moverse por lo que para protegerse de las condiciones ambientales adversas y defenderse de organismos patógenos han desarrollado, a lo largo de su evolución, herramientas efectivas. Ejemplo de ello son las barreras que se encuentran de manera permanente y forman parte de sus tejidos; tal es el caso de las espinas o la pubescencia existente en sus tallos y hojas y que está dada por la densidad de sus tricomas (Figura 1).
También existen otros mecanismos más complejos y que ocurren a nivel molecular. En el caso de los organismos patógenos, una vez que estos han sido percibidos, inicia una rápida reprogramación celular que desencadena una respuesta efectiva contra el ataque. Una de estas respuestas, por ejemplo, es la síntesis de enzimas (proteínas con actividad catalítica) que degradan la pared celular de los microrganismos agentes causales de la enfermedad; o bien, la síntesis de proteínas con el potencial de inactivar compuestos tóxicos que son producidos por algunos patógenos y son dañinos para las plantas. Pueden también sintetizar metabolitos secundarios con actividad contra herbívoros o antimicrobiana, o inducir la producción localizada de especies reactivas de oxígeno (moléculas muy pequeñas derivadas de este último y altamente reactivas), cuya función se centra principalmente en ejercer una acción tóxica directa sobre los patógenos, causar la inducción de la muerte celular programada en el sitio de infección a fin de limitar la invasión o diseminación de los patógenos y actuar como activadores de otras respuestas que se inducen para combatir al patógeno.
La generación de una respuesta rápida y eficiente por parte de la planta depende de la activación y la regulación de muchos procesos metabólicos que tienen lugar tras el ataque de un patógeno. Dichos procesos deben de orquestarse de forma precisa y es justo en esta tarea en la cual se ha documentado recientemente que los microRNAs juegan un rol fundamental.
Los micro-ARN son moléculas pequeñas de ARN con la capacidad de reconocer, por complementariedad de bases, ciertas regiones de un ARN mensajero (ARNm). Esta unión inhibe la expresión del mensajero, es decir, tras el acoplamiento, este dejará de producirse. Así pues, los micro-ARNs son pequeñas moléculas de una longitud de entre 21 y 25 nucleótidos de ARN monocatenario que puede unirse directamente a un ARNm para inhibir su expresión. Si conceptualizamos esto en función del dogma central de la biología molecular el cual establece que los genes contenidos en el genoma de una célula (ADN) se copian primero a ARN al interior del núcleo en el proceso conocido como transcripción y que estas copias de ARN (ARNm) se traducen a proteínas, es posible entender porque la acción de un micro-ARNs, resulta en la disminución en la expresión de ciertas proteínas codificadas por genes. En años recientes, ha comenzado a sumarse evidencia de su participación como moduladores de algunas respuestas de defensa.
Aportar evidencia sobre el cómo ciertos micro-ARNs podrían ser moduladores de algunos mecanismos de defensa, es uno de los muchos objetivos que plantean algunos de los proyectos que se desarrollan en el INECOL. Recientemente, utilizando como modelo de estudio la planta de aguacate y algunas cepas de hongos ascomicetos del género Fusarium; hemos logrado desarrollar un pato-sistema (Figura 2) con el cual pudimos generar evidencia que nos permite sugerir que, durante el proceso de infección, si bien las plantas de aguacate responden de forma similar a otras especies vegetales; es requerida la participación de micro-ARNs específicos en la regulación de algunos mecanismos de defensa.
La expresión de los micro-ARNs cambió a través del tiempo y a lo largo del proceso de infección, de tal forma que el silenciamiento de ciertos genes quizá ocurre en momentos determinados. Nuestros resultados sugieren también que, algunas clases de micro-ARNs participan en la regulación de las proteínas R. Estás proteínas son receptores de membrana que ayudan a detectar al patógeno y enviar una señal al interior de la célula para activar procesos de defensa. También los micro-ARNs parecen participar en la generación de especies reactivas de oxígeno, en la regulación de la síntesis de algunos metabolitos secundarios como son flavonoides y fenilpropanoides (que poseen actividad antimicrobiana), e incluso la modulación de procesos que involucran hormonas vegetales y finalmente la regulación misma de la biogénesis de los micro-ARNs (Figura 3).
Cabe mencionar que elucidar la participación de ciertos micro-ARNs como orquestadores de algunas respuestas de defensa en plantas, puede contribuir a desarrollar tecnología con base en este conocimiento en aras de generar tolerancia o resistencia ante enfermedades causadas por ciertos patógenos. Algo que sin lugar a duda resulta fundamental en un cultivo que coloca a México como el principal productor y exportador a nivel mundial y cuyas pérdidas principales en el sector productivo son causadas por enfermedades causada por hongos y oomicetos, entre las que destacan: la pudrición de la raíz o tristeza del aguacatero (Phytophthora spp.), la mancha negra o cercospora (Pseudocercopora purpurea), el polvillo (Oidium spp.), la antracnosis (Colletotrichum gloeosporioides), el cancro del aguacate (Phytophora bohemeriae), la roña (Sphaceloma perseae), y la fusariosis (Fusarium spp.).
Agradecimientos
Se agradece al CONACyT que hizo posible esta investigación a través del financiamiento del proyecto de Ciencia Básica 257565 “Caracterización de los perfiles de microRNAS en el árbol de aguacate Persea americana durante la infección con Fusarium spp.”
Referencias
- Célia, M., Dalmay, T., & Chaves, I. (2020). Plant microRNAs. Concepts and Strategies in Plant Sciences.
- Islam, W., Qasim, M., Noman, A., Adnan, M., Tayyab, M., Farooq, T. H., Wang, L. (2018). Plant microRNAs: Front line players against invading pathogens. Microbial Pathogenesis, 118(March), 9–17.
- Song, X., Li, Y., Cao, X., & Qi, Y. (2019). MicroRNAs and Their Regulatory Roles in Plant-Environment Interactions. Annu. Rev. Plant Biol, 70 (27), 1–37.
- Wang, W., & Galili, G. (2019). Tuning the Orchestra: miRNAs in Plant Immunity. Trends in Plant Science, 24(3), 189–191.
Figuras
Figura 1. Defensas estructurales en plantas. Estas estructuras funcionan como una primer línea de defensa contra depredadores u organismos patógenos. (A) y (B) Tricomas; (C) y (D) Espinas. (autor: Michel Pale).
Figura 2. (A) Plantas de aguacate (Persea americana var. drymifolia) germinadas en invernadero bajo condiciones semi-controladas. (B) Patosistema que permite llevar a cabo la infección del sistema radicular con una suspensión de conidias de una cepa patogénica de Fusarium solani utilizando un sistema de hidroponía. (C) Síntomas característicos de la fusariosis (autor: Michel Pale).
Figura 3. Mecanismos de defensa orquestados por micro-ARN en plantas de aguacate infectadas por el hongo ascomiceto Fusarium solani. La planta es capaz de reconocer al patógeno gracias a proteínas específicas que se encuentran en su membrana celular. Una vez reconocido, se generan señales que se translocan al núcleo de la célula permitiendo la activación de genes relacionados con la defensa. Al mismo tiempo, micro-ARNs que tienen la capacidad de regular la expresión de algunos de dichos genes, son también sintetizados (ejemplificado con colores). En esta regulación se ven involucrados diversos procesos que le sirven a la planta para defenderse, p.ej: síntesis de hormonas vegetales, regulación de proteínas R, o la síntesis de metabolitos secundarios (autor:Michel Pale).
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- Los colores del mar: mareas rojas, bioluminiscencia y dinoflagelados
- Las aves y los glucocorticoides
- El chinine, un aguacate silvestre nativo de México
- ¿Qué entendemos por hábitat y qué importancia tiene para la fauna?
- Cuando los lazos más débiles en reñida son los más fuertes
- Nuestro fósforo de cada día
- Jardín etnobiológico en el Jardín Botánico Fco. J. Clavijero
- Ciencia del diseño
- De carnívoro a carnívoro: interacciones de mamíferos del orden Carnívora
- El éxito de los escarabajos estercoleros exóticos
- Naucóridos: chinches del agua
- ¿Escasez de arena? Una mirada a la otra cara de nuestro planeta
- Los humedales refrescan las ciudades
- Viveros de plantas nativas: una estrategia para la conservación y restauración
- Contaminación lumínica
- La revolución terrestre de las plantas con flor y la hiperdiversidad en insectos
- Psicología ambiental, una ventana hacia la conservación
- Proteger las cuevas, refugio de concentraciones de vida silvestre nocturna
- Contaminación lumínica, salud y biodiversidad
- Atrápame si puedes
- Psittacanthus auriculatus, una historia con mezcal oaxacaqueño
- Diferentes formas de firmado electrónico en México
- Alquimia: entre la magia y la química
- Superando la prueba del ácido
- Lagunas costeras, mucho más que agua
- La química en el olor a primavera
- Las plantas de semana santa
- Historia de la histología, de la célula al tejido
- Traigo yerba santa, pa’ la garganta
- Las palmas, un tesoro verde
- Péptidos fúngicos ¿Cuál es su juego?
- Crioconservación de plantas, de la fantasía a la realidad
- El uso de drones y efecto del Huracán Grace en manglares
- Embelleciendo tu ambiente, conservando la biodiversidad
- ¿Son importantes las especies?
- ¿Qué hacemos por los polinizadores?
- Equinodermos
- ¿El desperdicio de alimentos causa pérdida de biodiversidad?
- Taxonomía integrativa
- Nanopartículas de origen natural
- El movimiento de las plantas
- Patrones de biodiversidad
- Árboles muertos: hoteles de biodiversidad
- El amor en tiempos de PCR
- Bacterias protectoras de cultivos agrícolas
- Abejas parásitas: oportunistas en peligro
- Brindis por el 45° aniversario del Jardín botánico Francisco Javier Clavijero
- Jardín Botánico Clavijero: naturaleza, ciencia, educación y sociedad
- Zorzales del bosque de niebla
- Mujeres en la microbiología
- Científicas: la aguja en el pajar
- La química de las plantas y sus usos
- Sistemas silvopastoriles importancia en la ganadería
- Razones para implementar huertos urbanos en zonas costeras
- El crucetillo es una maravilla, pero… ¿Cuál crucetillo?
- Libélulas gigantes de bosques tropicales
- Un banco vivo de semillas
- Las distintas esporas de las royas
- Los árboles mexicanos, tesoro en riesgo
- La abeja melífera altera el funcionamiento de las interacciones entre plantas y polinizadores
- Expectativas del maíz nativo en tiempos de COVID
- Sucesión ecológica: la naturaleza cambiante
- Los hongos como indicadores ecológicos
- ¡Que suerte! tréboles acuáticos
- Zopilotes a volar…
- Yucatán censura al Gorrión Europeo
- Un patrimonio natural para la investigación
- Las gallinas ciegas
- La ciencia al servicio del bienestar humano: 100 años de estudio de los virus
- ¿Qué significa biocultural?
- Perspectivas para productos forestales en México
- Exploradores de plantas de los siglos XVIII y XIX
- Colecciones biológicas en el antropoceno
- Las 5E en el Jardín Botánico
- Los aliens de las moscas de la fruta: los insectos parasitoides
- Helechos ornamentales para cultivar en Xalapa
- Horticultura y conservación vegetal
- Depredadores nocturnos con gran impacto
- Firma electrónica, minimiza la deforestación
- La comunicación secreta de los insectos
- Deforestación en regiones cafetaleras de México
- Diez principios para guiar la siembra de árboles
- Hacia una valoración múltiple de la naturaleza
- Proteasas y hongos fitopatógenos
- ¿Qué podemos aprender del flujo de polen y la dispersión de semillas?
- Festejemos al suelo, 5 de diciembre Día mundial del suelo
- Aves y zonas agrícolas
- Sobre invasiones biológicas y evolución
- Contando animales
- Restaurar para conectar el bosque
- Un quelite veracruzano: el xonequi
- Prácticas sustentables de control parasitario
- Muerte, descomposición y diversidad
- El fuego no siempre es el malo de la la historia
- Herbarios: bóvedas de información biológica
- Microsatélites: secretos evolutivos del ADN
- Limpieza de las hormigas cortadoras - un nido limpio habla bien de quien lo usa
- Curiosidades sobre las guayabas y su fauna insectil asociada
- La selva confía a sus árboles la custodia del paisaje tropical
- Seguridad alimentaria, polinizadores y cambio climático en Veracruz
- Sociedad y ciencia: columna vertebral en la investigación de frontera
- Energías renovables en México
- Conociendo el informe "estado de conservación los árboles del mundo"
- El género Philadelphus (Hydrangeaceae) en Veracruz
- Buenas prácticas en la acuicultura - productos de calidad de la granja a la mesa
- Desenmascarando identidades secretas
- La organizada dieta de la hormiga roja mexicana
- Xalapa y sus árboles aislados
- ¿Nos debería importar la COP 26?
- Agaves, microbioma y biocombustible
- Evaluaciones de Plantaciones Forestales comerciales
- México, el país de los mirtos y chías
- Caballitos de mar (hippocampus)
- Algunos de los beneficios aportados por los hongos a la sociedad
- Arroz con chícharos
- Plantas, guisos e identidad nacional
- Selección de hojas por las hormigas arrieras
- ¿Qué son las “especies crípticas” en moscas de la fruta?
- Defensas en plantas contra los herbívoros
- Lobo Mexicano, 10 años de libertad
- Los escarabajos estercoleros: amenazas para su sobrevivencia
- Umbrales de extinción en bosques tropicales
- Los insectos ante el cambio climático
- Red de jardines etnobiológicos escolares
- Las moscas: un grupo de insectos megadiverso
- Revistas científicas del INECOL: de Xalapa para el mundo
- Olores como arma de defensa
- El complemento silvestre de nuestra alimentación
- Las plantas vasculares de Querétaro
- Biocostras: pioneras en recubrir tierras áridas
- Los olorosos zorrillos
- Las hortensias silvestres del neotrópico
- Las libélulas "topo"
- Algunas relaciones entre insectos y hongos
- De la tierra brotan colores: las flores
- Los hongos invisibles en las plantas
- Los hongos son lo que comen
- Desenmarañando la relación suelo-planta-agua
- Del geiser al laboratorio: Taq ADN polimerasa
- Evolución de COVID-19: la variante Delta
- Etólogos y hormigas
- En lo rural de Xalapa
- Áreas privadas de conservación: una decisión voluntaria
- Acuaporinas, moléculas esenciales para la vida
- Proteómica, nueva herramienta científica
- Mariposario, espacio de ciencia y educación
- Ingenieros ecosistémicos
- Avispas vs gallina ciega
- Superestrellas vegetales de México
- La lechuga de mar: una planta asiática que llegó para quedarse
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- El chipilín, un ingrediente místico de la gastronomía del sureste de México
- Limitaciones sociales de la restauración ecológica
- Biodiversidad y escarabajos peloteros de sistemas agroforestales
- Biodiversidad: la vida sobre la tierra
- Orange is the New Black …. Howler Monkey
- Provocaciones científicas del INECOL
- La química y los colores
- El orégano, ingrediente para celebrar
- Producir nuestros propios alimentos
- El curioso caso de la quiralidad en la naturaleza
- CWUR 2021
- Usos prehispánicos de los bambúes mexicanos
- La comunicación química en los escarabajos del estiércol
- Interacciones hongo-hongo: ¿sinergismo o antagonismo?
- Tenebrios: viscosos ¡pero sabrosos!
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- Origen y domesticación del plátano: un cultivo de gran importancia para México
- Primates en paisajes antropizados
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- La importancia de las bases de datos
- Cuando el tecolote canta... no lo molestes
- Incendios forestales y cambio climático
- Paisajes veracruzanos: entre la producción y la conservación
- Consciencia y sensación en los animales
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- Importancia histórico-botánica del Santuario del Bosque de Niebla. El caso de sus árboles
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- Escarabajos: padres cuidadores
- Vida silvestre: importancia socioambiental
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- Porqué son importantes los escarabajos
- Las bacterias que ayudan a las plantas a crecer
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- Vuelos nocturnos: la historia de los murciélagos migratorios
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- Pongamos de moda los océanos
- Cumarinas: metabolitos secundarios de amplia actividad en plantas
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- Akumal Monkey Sanctuary & Rescued Animals y el INECOL: una alianza en favor de la conservación de los primates
- Agricultura orgánica moderna: el manejo de plagas en frutales
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- Libélulas: insectos primitivos que han subsistido exitosamente hasta nuestros días
- Las milpas y los árboles
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- Nanopartículas de óxido de hierro; nueva generación de fertilizantes
- La producción de inóculo para el cultivo de hongos comestibles en México
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- ¿Reforestar o restaurar ecosistemas?
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- Globalización y biodiversidad: especies exóticas invasoras
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- Nudibranquios: Criaturas de fantasía
- Innovación tecnológica inspirada en la naturaleza
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- Seguridad alimentaria: Nuestras soluciones están en la naturaleza
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- Refugios cavernícolas, importantes en la conservación de los murciélagos
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