Los incendios forestales pueden arrasar un paisaje trayendo la muerte en masa a las plantas Pero cuando el fuego acaba con tantas plantas, se abre una oportunidad para los supervivientes. Las semillas protegidas de las llamas pueden esperar hasta que huelan humo para germinar, usando una proteína “detectora de humo” llamada KAI2, pero ¿de dónde viene esta habilidad? Angelica Guercio y sus colegas examinaron plantas que no están adaptadas para el fuego para ver qué hacen las proteínas KAI2 por ellos.
Las proteínas KAI2 son algo que las plantas desarrollaron al principio de su evolución. Las proteínas interactúan con sustancias químicas llamadas karriquinas. Karrikins es un químico particularmente útil para las plantas porque se produce al quemar la vegetación. Si una planta puede oler los karrikins, sabe que otras plantas tienen un problema, por lo que los karrikins pueden desencadenar la germinación en las semillas para que broten nuevas plantas.
Tan valiosa es esta habilidad que Flematti y sus colegas han sugerido que las semillas comenzó a ser capaz de detectar humo en el período Cretácico, cuando las angiospermas, plantas que producen semillas, evolucionaban rápidamente. En estos días, los karrikins pueden inducir la germinación en algunas plantas que de otro modo no están adaptadas al fuego, incluida la planta modelo favorita de los botánicos, Arabidopsis.
La planta que Guercio y sus colegas estudiaron fue pisum sativum, el guisante de jardín, otra planta que no suele soportar bien el fuego. Los investigadores observaron los guisantes porque pertenecen a las leguminosas, una de las familias más grandes de plantas con flores, que incluye varias especies de cultivos. Las legumbres pueden 'fijar' el nitrógeno del aire a través de una simbiosis con microbios.
Descubrieron que el gen KAI2 original se duplicó temprano en la evolución de las leguminosas, produciendo dos genes, KAI2A y KAI2B. Usando varias técnicas avanzadas de genética, bioquímica y cristalografía de proteínas, encontraron que los dos receptores reaccionan a ligandos distintos. Un ligando es la sustancia química que recibe un receptor. Un ligando se une irreversiblemente a una molécula de proteína receptora, y el receptor desencadena respuestas dentro de una célula.
Guercio y sus colegas usaron microscopios para examinar las células en la escala de ångström. Un ångström es solo una diez mil millonésima parte de un metro, el tipo de escala que usarías para medir la distancia entre los átomos. Al examinar las células tan de cerca, pudieron ver no solo el ligando y el receptor, sino también el proceso de cómo se combinan los dos. Los autores escriben: “A diferencia de la D14 α/β hidrolasa, el análisis de espectrometría de masas y el examen estructural revelan un modo de percepción e hidrólisis del ligando por parte de PsKAI2B, que implica un paso intermedio en el que la serina catalítica se une transitoriamente a una fracción del ligando y luego forma un aducto estable con la histidina catalítica”.
El equipo descubrió que KAI2B reaccionaba a una amplia gama de ligandos, incluida una clase de hormonas vegetales llamadas estrigolactonas. Las estrigolactonas afectan una amplia variedad de procesos en las plantas, incluido el crecimiento de raíces y brotes y cómo reaccionan las redes de raíces a los hongos y microbios en el suelo. Comprender cómo funcionan estas estrigolactonas en una planta podría ayudar a desarrollar cultivos más eficientes que requieran menos fertilizante.
ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN
Guercio, AM, Torabi, S., Cornu, D., Dalmais, M., Bendahmane, A., Le Signor, C., Pillot, J.-P., Le Bris, P., Boyer, F.-D ., Rameau, C., Gutjahr, C., de Saint Germain, A. y Shabek, N. (2022) "Los análisis estructurales y funcionales explican la diversidad del receptor Pea KAI2 y revelan la catálisis estereoselectiva durante la percepción de la señal", Communications Biology. https://doi.org/10.1038/s42003-022-03085-6
