Arabidopsis thaliana es la rata de laboratorio de las ciencias de las plantas. Los mutantes modificados en ciertos genes pueden mostrar los efectos de las hormonas en las plantas, pero puede ser difícil cambiar una respuesta sin cambiar otras.
¿Cómo funcionan las plantas? Un método común para descubrir qué hacen las diversas cosas dentro de una planta es obtener un mutante y probarlo contra una planta conocida para ver cuáles son los efectos del mutante. Arabidopsis thaliana es la planta ideal para este tipo de trabajo. Tiene un genoma pequeño y bien conocido. También tiene una gran cantidad de personas trabajando en él, por lo que es posible comparar resultados.

Tetiana Kalachova, Martin Janda y colegas han estado trabajando con un mutante particular de Arabidopsis, pi4kβ1β2. Este mutante acumula ácido salicílico, un componente clave del analgésico aspirina. Las plantas no tienen dolores de cabeza, pero sí estrés, y el ácido salicílico es una hormona esencial para aliviar el estrés. El equipo ya ha encontrado que el pi4kβ1β2 mutante tiene crecimiento atrofiado, depósito de metabolitos secundarios en las hojas, como resistencia a varios patógenos. Pero resolver precisamente lo que el pi4kβ1β2 lo que está haciendo la mutación es un desafío, como explicó el autor, el profesor Ruelland. “Si miramos directamente al mutante, es probable que veamos el efecto de una alta acumulación de SA. El efecto de las mutaciones que no dependen de la alta SA puede estar enmascarado”.

Separar lo que está haciendo la mutación significó que los autores pudiéramos observar algunos otros efectos de los cambios. El profesor Ruelland dijo: “Estamos interesados ​​en comprender las funciones de la fosfatidilinositol 4-quinasa beta1 y 2. Son enzimas involucradas en la síntesis de fosfoinosítidos. Están involucradas en procesos como el tráfico, la señalización, etc. Es importante poder identificar los procesos controlados por estas enzimas”.

Para averiguar que pi4kβ1β2 prescindió del ácido salicílico, los autores cruzaron una pi4kβ1β2 mutante con un sid2 mutante. sid2 es una planta útil porque es pobre en la producción de ácido salicílico. Así que la descendencia de estas dos plantas debería tener los efectos de pi4kβ1β2 excepto por los beneficios de más ácido salicílico. Esta preparación, dijo el profesor Ruelland, requirió meses de trabajo para lograr que las plantas comenzaran el estudio. “La creación de múltiples mutantes (que portan varias mutaciones a la vez) es un proceso de varias etapas. El ciclo de vida de Arabidopsis es bastante corto, por lo que todo el "proceso de creación" para el triple mutante requiere de 3 a 4 generaciones completas o de 6 a 8 meses (si todo va bien). Al principio, hay que fecundar un mutante de interés con el polen de otro. Es un trabajo delicado, pero factible después de algo de entrenamiento. Luego se observa el crecimiento de una silicua híbrida, se recolectan semillas y se siembran. Es la generación F1. Una vez que las plantas F1 desarrollan hojas, es posible muestrearlas para la genotipificación. Si el cruce fue exitoso (= las plantas F1 son heterocigotas para las mutaciones de interés), se dejan varias plantas individuales para la autopolinización para obtener semillas F2. Luego, las plantas F2 se cultivan y se genotipifican, buscando ahora individuos homocigotos”.

Si las mutaciones de interés son independientes (es decir, los genes se encuentran en cromosomas diferentes, o en el mismo cromosoma, pero a una distancia razonablemente grande para permitir la herencia independiente), la probabilidad de obtener plantas homocigotas en F2 para cada mutación será de 1/4. Debido a la genética mendeliana, para un mutante doble, esta probabilidad será de 1/16, y para un mutante triple, de 1/64. Cada mutación adicional multiplica las posibles combinaciones de alelos y, por lo tanto, alarga el proceso de segregación. El proceso se complica si una mutación (o su coincidencia) afecta significativamente el crecimiento o la fertilidad.

Los autores probaron las respuestas de las plantas a los patógenos y las compararon con las plantas progenitoras y la arabidopsis de tipo salvaje. Los resultados muestran la importancia del ácido salicílico en el manejo de las defensas contra la infección a través de la interacción con otras hormonas vegetales. Uno de los resultados desconcertantes fue que "tanto la acumulación de calosa como la penetración de hongos mejoraron en el doble mutante pi4kβ1β2 en comparación con las plantas de tipo salvaje". Este resultado puede parecer extraño ya que la callosa es una defensa que la planta usa para combatir la infección por hongos, entonces, ¿cómo aumentaron ambas medidas? El profesor Ruelland dice que se trata de ver cómo funciona la callosa en la planta.

“La callosa generalmente se deposita en la pared celular durante la infección o el daño. Sin embargo, su papel aún se discute. Puede ser tanto una barrera física como una señal para las células vecinas. En el caso de la penetración de hongos, las papilas en formación y luego las hifas están invaginando las células de la planta, y este "lugar de contacto" se ve reforzado por la callosa. Además, la callosa se almacena alrededor de las células no atacadas, aquellas que reconocen la presencia de hongos mediante marcadores químicos”.

"En ambos sid2pi4kβ1β2 y pi4kβ1β2 mutantes, la deposición de calosa generalmente está mal regulada: sobreproducen callosa en respuesta a la estimulación. Sin embargo, esto no fue suficiente para detener la penetración de patógenos. Otra explicación puede ser que más callosa en los mutantes es solo un marcador de un mayor éxito del patógeno. Sin embargo, aún se desconoce la razón por la cual la ausencia de PI4K hizo que las plantas fueran susceptibles a los hongos no hospedantes”.
El papel del ácido salicílico es un tema que merecerá un mayor estudio, como dijo el profesor Ruelland. “Hormonas importantes como los derivados del ácido abscísico y los conjugados de auxina están controlados por una alta SA. Nos gustaría saber más sobre cómo SA controla los niveles de estas hormonas”.

La investigación tendrá valor práctico fuera del laboratorio para los fitomejoradores. El profesor Ruelland dijo: “En general, nuestro objetivo es comprender cómo funciona el sistema inmunológico de la planta, para crear aún más variedades de cultivos resistentes. De hecho, las manipulaciones con rasgos de productividad a menudo comprometen la defensa e incluso pueden hacer que las plantas sean susceptibles a patógenos inusuales. Creemos que la maquinaria de señalización de fosfolípidos es un objetivo de modificación para mejorar la inmunidad basal de las plantas y proteger contra patógenos de rápida evolución”.