La interfaz MLA13K98E/K100E-AVRA13-1 desde dos perspectivas diferentes. Crédito: The EMBO Journal (2025). DOI: 10.1038/s44318-025-00373-9
La cenicilla polvorienta es una enfermedad fúngica devastadora que afecta la cebada y puede provocar pérdidas de cultivos de hasta el 40%. Para protegerse de esta enfermedad, la cebada ha desarrollado una serie de receptores inmunitarios que reconocen proteínas específicas de la cenicilla polvorienta, conocidas como efectores.
Este evento de reconocimiento confiere resistencia, y los conocimientos obtenidos de este estudio podrían ser aprovechados por los científicos para hacer que la cebada y sus especies hermanas, como el trigo, sean más resistentes a esta costosa enfermedad.
Ahora, utilizando tecnología de vanguardia, científicos del Instituto Max Planck para la Investigación en Fitomejoramiento (MPIPZ) en Colonia, Alemania, han logrado determinar la estructura de un receptor inmunitario, llamado MLA13, en complejo con su efector fúngico correspondiente, AVRA13-1. Sus hallazgos se han publicado en el EMBO Journal.
Los investigadores, liderados por Paul Schulze-Lefert del MPIPZ, Elmar Behrmann de la Universidad de Colonia y Jijie Chai de la Universidad de Westlake en Hangzhou, China, utilizaron la técnica de microscopía crioelectrónica (crio-EM). En la crio-EM, las muestras se enfrían a temperaturas criogénicas y las estructuras de especímenes biológicos como las proteínas se conservan al incrustarlas en una forma amorfa de hielo.
La estructura resultante, con resolución atómica, revela cómo interactúan el receptor inmunitario de la planta y el efector fúngico, así como la estructura adoptada por el efector fúngico.
Estos conocimientos permitieron al primer autor, Aaron W. Lawson, diseñar una nueva versión de otro receptor inmunitario, MLA7, que reconoce un efector llamado AVRA7. Las secuencias de los receptores inmunitarios MLA son muy similares entre sí, lo que también es el caso para MLA7 y MLA13.
Lawson y sus coautores se preguntaron entonces si, basándose en la estructura MLA13-AVRA13-1, podrían cambiar la especificidad de reconocimiento de MLA7. Efectivamente, al cambiar solo un aminoácido en la secuencia de proteínas de MLA7, los autores lograron diseñar una nueva versión de MLA7 que ahora reconoce AVRA13-1, manteniendo su reconocimiento de AVRA7.
El fitomejoramiento tradicional implica cruces meticulosos y que llevan mucho tiempo para obtener plantas con la combinación deseada de diferentes atributos. Sin embargo, el hongo que causa la cenicilla polvorienta en la cebada se diversifica muy rápidamente, lo que significa que las técnicas de fitomejoramiento tradicionales no pueden mantenerse al día con la aparición de nuevas variantes fúngicas virulentas.
Al demostrar cómo los receptores inmunitarios pueden ser diseñados para cambiar o expandir su especificidad—un método mucho más preciso y rápido que el fitomejoramiento tradicional—los hallazgos de los autores muestran cómo la edición genética guiada por estructuras de dichos receptores podría ser una herramienta viable para proteger la cebada de enfermedades y asegurar la seguridad alimentaria.
Los genes que codifican los receptores inmunitarios MLA evolucionaron en un ancestro común de una familia de gramíneas que incluye a especies hermanas como la cebada, el trigo, la avena y el centeno, y se encuentran en cada uno de estos cereales. Dado que los receptores inmunitarios MLA también pueden conferir inmunidad a otros patógenos microbianos como los hongos de la roya y el hongo del añublo del arroz, los receptores MLA editados genéticamente tienen el potencial de proteger estos cultivos básicos de múltiples enfermedades económicamente relevantes.
Fuentes
von Scheven, M. (2025, February 17). A blueprint for making cereal crops more resistant to fungal disease. Phys.org. Retrieved from: https://phys.org/news/2025-02-blueprint-cereal-crops-resistant-fungal.html
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