La sistemina es una conocida hormona peptídica vegetal que desempeña un papel crucial en el desencadenamiento de respuestas de defensa en las plantas. Como proveedor de Systemin, he sido testigo del creciente interés en comprender los mecanismos detrás de las respuestas de defensa inducidas por Systemin. En este blog profundizaré en los mecanismos clave que gobiernan estas respuestas, destacando la importancia de Systemin en la protección de plantas.
Descubrimiento de Systemin y función general.
Systemin se descubrió por primera vez en las plantas de tomate. Es un pequeño péptido de 18 aminoácidos que se libera en respuesta a una herida, generalmente causada por ataques de herbívoros o daños mecánicos. Una vez liberada, Systemin actúa como una molécula señal, iniciando una cascada de eventos que conducen a la activación de varios mecanismos de defensa en la planta.
Unión al receptor e iniciación de la señal
El primer paso en las respuestas de defensa inducidas por Systemin es la unión de Systemin a su receptor específico en la membrana celular vegetal. El receptor de Systemin en las plantas de tomate ha sido identificado como una quinasa similar a un receptor repetido rico en leucina (LRR - RLK) llamada SR160. Cuando Systemin se une a SR160, activa la actividad quinasa del receptor. Este evento de fosforilación desencadena una reacción en cadena dentro de la célula, similar a cómo una llave pone en marcha una maquinaria compleja.
Luego, el receptor activado recluta y fosforila moléculas de señalización posteriores. Estas moléculas suelen estar implicadas en la cascada MAPK (mitógeno - proteína quinasa activada). La cascada MAPK es una vía de señalización altamente conservada en plantas y animales. En el contexto de la señalización de Systemin, la activación de MAPK conduce a la fosforilación de factores de transcripción. Estos factores de transcripción son proteínas que pueden unirse a secuencias de ADN específicas y regular la expresión de genes.
Activación de la vía del ácido jasmónico
Uno de los efectos posteriores más importantes de la señalización de Systemin es la activación de la vía del ácido jasmónico (JA). JA es una conocida hormona vegetal implicada en diversas respuestas al estrés, incluida la defensa contra los herbívoros.
Cuando Systemin activa la cascada MAPK, finalmente conduce a la síntesis de JA. La síntesis de JA comienza con la liberación de ácido linolénico de la membrana celular. Luego, el ácido linolénico se convierte en ácido 12 - oxo - fitodienoico (OPDA) mediante una serie de reacciones enzimáticas. Luego, OPDA se transporta al peroxisoma, donde se convierte en JA.
Una vez que se sintetiza JA, se une a su receptor, COI1 (coronatina - insensible 1). El complejo JA-COI1 luego se dirige a proteínas represoras específicas para su degradación. Estas proteínas represoras normalmente inhiben la actividad de los factores de transcripción implicados en la expresión de genes relacionados con la defensa. Con la degradación de los represores, los factores de transcripción quedan libres para unirse a las regiones promotoras de genes relacionados con la defensa e iniciar su transcripción.
Expresión de defensa: genes relacionados
La activación de la vía JA conduce a la regulación positiva de una gran cantidad de genes relacionados con la defensa. Estos genes codifican una variedad de proteínas con diferentes funciones en la defensa de las plantas.
Algunos de los genes codifican inhibidores de proteasa. Los inhibidores de proteasas son proteínas que pueden inhibir la actividad de las proteasas en el intestino de los herbívoros. Cuando los herbívoros se alimentan de plantas que expresan inhibidores de proteasa, su digestión se altera, ya que las proteasas son esenciales para descomponer las proteínas de los alimentos. Esto reduce el valor nutricional de la planta para el herbívoro y, en última instancia, puede conducir a una reducción del crecimiento y la supervivencia del herbívoro.
Otros genes relacionados con la defensa codifican proteínas implicadas en la síntesis de metabolitos secundarios. Los metabolitos secundarios como los alcaloides, fenólicos y terpenoides tienen diversas funciones en la defensa de las plantas. Por ejemplo, algunos alcaloides pueden ser tóxicos para los herbívoros, mientras que los fenólicos pueden actuar como antioxidantes y también tener propiedades antimicrobianas.
Señalización sistémica
Una de las características notables de las respuestas de defensa inducidas por Systemin es su capacidad para desencadenar respuestas sistémicas. Cuando una parte de la planta se daña, Systemin no sólo activa respuestas de defensa en el tejido dañado sino también en otras partes de la planta que no se ven directamente afectadas.
Se cree que la señalización sistémica implica el movimiento de la propia Systemin u otras moléculas de señalización a través del floema. Una vez que Systemin o sus señales posteriores llegan a partes distantes de la planta, inician la misma defensa: cascada de señalización que en el tejido dañado. Esto permite a la planta preparar todo su cuerpo para posibles ataques de herbívoros, incluso si inicialmente solo se ha dañado una pequeña parte de la planta.
Comparación con otros sistemas de señalización de péptidos
En el mundo de la señalización de péptidos vegetales, Systemin no es el único actor. Hay otros péptidos, comoAnorfina A (1 - 9),Mensaje de galanina Péptido asociado (44 - 59) Amida, y6×Su péptido, que también desempeñan papeles importantes en diversos procesos fisiológicos.
Si bien estos péptidos tienen diferentes funciones y mecanismos de señalización en comparación con Systemin, todos comparten la característica común de ser moléculas pequeñas y bioactivas que pueden desencadenar respuestas específicas en plantas u otros organismos. Por ejemplo, la dinorfina A (1 - 9) se ha estudiado en el contexto de la modulación del dolor en animales, pero su papel potencial en plantas u otros sistemas no animales sigue siendo un área de investigación.
Implicaciones para la agricultura
Comprender los mecanismos de las respuestas de defensa inducidas por Systemin tiene implicaciones importantes para la agricultura. Al mejorar la vía de señalización de Systemin, podemos mejorar potencialmente las capacidades de defensa natural de los cultivos contra herbívoros y plagas. Esto puede reducir la dependencia de pesticidas químicos, que tienen impactos ambientales negativos.
Por ejemplo, se pueden utilizar técnicas de ingeniería genética para sobreexpresar Systemin o su receptor en cultivos. Esto conduciría a una activación más robusta de la defensa: cascada de señales y una mejor protección contra los ataques de herbívoros. Además, el conocimiento de la señalización de Systemin se puede utilizar en el desarrollo de nuevos biopesticidas que imiten la acción de Systemin o mejoren su actividad.
Conclusión
En conclusión, las respuestas de defensa inducidas por Systemin son un proceso complejo y altamente regulado. Desde la unión inicial de Systemin a su receptor, pasando por la activación de la cascada MAPK y la vía JA, hasta la expresión de genes relacionados con la defensa y la señalización sistémica, cada paso es crucial para la capacidad de la planta para defenderse contra los herbívoros.
Como proveedor de Systemin, estoy entusiasmado con las posibles aplicaciones de Systemin en la investigación agrícola y vegetal. Si está interesado en obtener más información sobre Systemin o está considerando comprar Systemin para sus necesidades agrícolas o de investigación, le invito a que se comunique con nosotros para conversar sobre adquisiciones. Comprender los mecanismos de las respuestas de defensa inducidas por Systemin no sólo es fascinante desde una perspectiva científica, sino que también es muy prometedor para un enfoque más sostenible y respetuoso con el medio ambiente en la protección de las plantas.
Referencias
- Pearce, G., Strydom, D., Johnson, S. y Ryan, CA (1991). Un polipéptido de las hojas de tomate induce la síntesis de inhibidores de proteinasa inducida por heridas. Ciencia, 253(5024), 895 - 898.
- Ryan, CA y Pearce, G. (2003). Systemina: una señal polipeptídica para las respuestas de defensa de las plantas. Revisión anual de biología vegetal, 54, 111 - 136.
- Wasternack, C. y Hause, B. (2013). Jasmonatos: biosíntesis, percepción, transducción de señales y acción en la respuesta al estrés, crecimiento y desarrollo de las plantas. Una actualización de la revisión de 2007 en Annals of Botany. Anales de Botánica, 111(1), 1021-1058.