El ejército olvidado – Sistema inmune de plantas

Cada vez que hablamos de inmunología o de sistema inmune, pensamos instintivamente en ese conjunto de herramientas que nuestro cuerpo tiene para deshacerse de las bacterias y los virus (y contra hongos, contra sí mismo…). Sin embargo, muy poco se habla de cómo otros organismos luchan contra las infecciones… Por ejemplo, las plantas.

– ¡Se habla hasta de la inmunidad de bacterias, pero no de mis plantas! – me dijo un compañero botánico. Y es que tiene razón; el tan conocido sistema CRISPR-Cas9, no es más que la transformación en herramienta genética de un “sistema inmune” bacteriano, que reconoce secuencias de bacteriofagos (virus que “comen” bacterias) para eliminarlos y evitar que les maten.

Es por esto que hoy voy a hablar un poco del maravilloso mundo de la inmunología vegetal.

Los muros del reino

Antes de nada, deciros que las plantas raramente caen enfermas, ya que los patógenos suelen ser muy sibaritas con sus víctimas (suelen ser específicos de una especie o de una familia) o son sensibles a las defensas de estas.

La primera línea de defensa de las plantas se llama inmunidad innata al igual que en los animales, y se compone de las defensas pasivas (barreras físicas y secreciones químicas) y de la respuestas a patrones estructurales del patógeno (a sus “cuerpos”; son las denominadas PTI o inmunidad disparada por patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs).

Las barreras físicas de las plantas son la cutícula, similar a la piel en animales, y la propia pared celular vegetal, una estructura rígida que delimita y protege cada célula que compone la planta. Además, hay estructuras que evitan el contacto del agua con esta cutícula, haciendo que, si no hay agua, las bacterias no puedan moverse sobre esta piel vegetal. Estas estructuras son los pelos vegetales; los tricomas.

Por otro lado tenemos las defensas químicas. ¿Es que pensabas que a las plantas les bastaba con hacerse su propia comida? ¡No! Además de eso, son capaces de hacerse sus propios “Antibióticos”. Una gran parte de los llamados metabolitos secundarios son productos que son capaces de agujerear las bacterias (saponinas), evitar que los insectos sean capaces de digerir el material vegetal (inhibidores enzimáticos) o de evitar la invasión de hongos (defensinas).

Cazando al extraño

La primera línea de defensa, tras estas barreras físicas y químicas, es el reconocimiento de los patógenos, disparando una señal llamada PTI. Pero para ello necesitan receptores, unas estructuras que sean capaces de diferenciar un agente extraño de algo normal en la planta. Estos son los receptores de reconocimiento de patrones o PRR.

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Fig 1. Inmunidad disparada por PAMPs (PTI). Respuesta de la planta frente a la presencia del patógeno.

 

Los PRR reconocen algo extraño (el “cuerpo” de la bacteria, por ejemplo) y dispara una señal que desencadena una respuesta (producción de hormonas, acumulación de calosa para bloquear la invasión… entre otros).

Esta PTI constituye la unión entre la respuesta primaria, capitaneada por las defensas pasivas y la respuesta inducida, liderada por la inmunidad disparada por efectores (ETI) .

Artillería pesada

Cuando los muros caen y las primeras líneas de defensa han sucumbido al ataque extraño, no queda más que desarrollar estrategias para acabar con el enemigo.

En muchas ocasiones, los patógenos que son reconocidos por los PRR, son capaces de bloquear la respuesta inmunataria (PTI). Básicamente, es como si cortasen el internet antes de mandar el mensaje, tu puedes seguir dándole a enviar, pero el mensaje nunca va a llegar. Por esto, la evolución a dotado a las plantas de sistemas que evitan este bloqueo (genes de resistencia) que son especificos de un mecanismo de un patógeno concreto (genes de avirulencia). Esto último, aunque simplificado, es lo que se llama la Hipótesis gen a gen.presentacic3b3n-sin-tc3adtulo10.jpg

Fig 2. Inmunidad disparada por efectores. Bloqueo de la inmunidad innata disparada por PAMPs (izquierda) y desarrollo de resistencia de la planta frente a este bloqueo (derecha)

Este mecanismo que se activa por la presencia de mecanismos de virulencia (toxinas, por ejemplo) o efectores, es el denominado ETI (inmunidad disparada por efectores). Y al bloquear el efector (bloquea el bloqueo del sistema inmune), permite la continuación de la señal y se produce la respuesta inmune.

Renovarse o morir

La historia de una especie vegetal y un patógeno no es algo momentáneo, sino que lleva consigo un trabajo evolutivo muy importante. Mientras que al principio el patógeno saltará las alarmas de la PTI y será eliminado, algunos de sus compañeros evolucionarán para saltarse esa línea de seguridad y provocará la enfermedad. Sin embargo, de igual modo, algunas de las plantas atacadas por él, evolucionarán y desarrollarán mecanismos para detectar cómo ha sido capaz de saltarse el control, desarrollando ETI.

A pesar de eso, habrá patógenos que se evadan la respuesta ETI provocando la enfermedad, a lo que las plantas responderán con otro mecanismo ETI diferente. Esto es lo que se llama el modelo en zig-zag de la evolución planta-patógeno.

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Fig 3. Modelo de zig-zag. El patógeno desarrolla nuevos mecanismos para bloquear la activación del sistema inmune (izquierda), pero la planta, a su vez, desarrolla nuevos mecanismos para bloquear el bloqueo y activar esta respuesta (derecha)

¡ENCENDED LAS ALMENARAS!

Hemos hablado mucho de las respuestas locales, pero las plantas también tienen una respuesta sistémica, es decir, son capaces de producir una respuesta inmune en órganos alejados del origen de la señal.

Cuando una bacteria ataca una hoja concreta, la planta transmite la señal de alarma por su tallo y es capaz de activar una respuesta inmune en otras hojas diferentes, previniendo otro posible ataque. Esto se conoce como resistencia sistémica adquirida (SAR). Sin embargo, hay bacterias y hongos que lejos de causar daño, activan al sistema inmune de la planta, mejorando su salud y su resistencia frente a patógenos.

Aliados en tierras enemigas

La rizosfera es el entorno que rodea las raíces, donde encontramos una serie de bacterias y hongos (rizobacterias y micorrizas, respectivamente) que mejoran la adquisición de nutrientes de la planta y son capaces de productir antibióticos, pero además, son capaces de inducir una respuesta inmune de la planta frente a posibles futuros ataques. Esto es la denominada resistencia sistémica inducida (ISR).

La diferencia clara es que, mientras que el SAR es activada por un patógeno y previene de un ataque en otra zona, el ISR previene de un posible ataque sin presencia de ningún patógeno. Todo esto, junto a las defensas pasivas, y las PTI y ETI, construyen un complejo sistema inmune que es capaz de relacionarse entre sí y evolucionar.

 

Espero que os haya gustado este viaje hacia el sistema inmune de las plantas y que ahora veáis que las plantas no son esculturas, son seres vivos que nacen, crecen y mueren, pero sobre todo viven y luchan por sobrevivir.

 

Glosario:

PAMPs: patrones moleculares asociados a patógenos (partes de la estructura del patógeno que pueden ser reconocidas por la planta).

Patógeno: microorganismo que es capaz de producir una enfermedad.

PTI: inmunidad disparada por patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs).

PRR: receptores del sistema inmune de plantas que reconoce patrones (los PAMPs) y disparan una respuesta inmune (la PTI).

ETI: inmunidad disparada por efectores

SAR: resistencia sistémica adquirida

ISR: resistencia sistémica inducida

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