Descubren una proteína implicada en la resistencia a la sequía del maíz

La cinasa denominada DRIK1 está presente en el mecanismo de respuesta a la invasión de hongos y al estrés hídrico y térmico, y puede ayudar en el desarrollo de variedades de plantas y de productos que disminuyan la pérdida de productividad relacionada con los cambios climáticos

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Un grupo de científicos del Centro de Investigaciones en Genómica Aplicada a los Cambios Climáticos (GCCRC) con sede en la Universidad de Campinas (Unicamp, en el estado de São Paulo, en Brasil), descubrió una proteína implicada en la respuesta del maíz a la sequía, al aumento de temperatura y a la invasión de hongos.

Este hallazgo abre el camino rumbo al desarrollo de plantas más resistentes y de productos que disminuyan las pérdidas en la producción, en un momento en el cual los cambios climáticos globales se erigen como una amenaza a la productividad de los cultivos en el mundo. Este artículo salió publicado en la revista BMC Plant Biology.

El GCCRC es un Centro de Investigaciones en Ingeniería (CPE) constituido por la FAPESP y por la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa), y cuya operación está a cargo de la Unicamp.

A la nueva proteína se le dio en nombre de DRIK1 (cinasa inactiva responsiva a la sequía 1, por sus siglas en inglés). Los investigadores encontraron también una molécula sintética que se une a ella, lo que permitirá que en el futuro puedan producirse plantas con la actividad de la proteína reducida naturalmente o incluso que puedan desarrollarse productos capaces de inhibir su acción.

“Es una proteína que en condiciones normales controla mecanismos de desarrollo de la planta e inhibe los genes de respuesta al estrés. Cuando ocurre una sequía o se produce un ataque de patógenos, los niveles de la proteína disminuyen y el maíz desencadena la respuesta necesaria para controlar los efectos de la sequía, del calor o del ataque de patógenos”, explica Paulo Arruda, docente del Instituto de Biología (IB) de la Unicamp y coordinador del GCCRC.

Para arribar a la molécula que se une a la proteína, los investigadores utilizaron la plataforma desarrollada en el Centro de Química Medicinal (CQMED), otro centro coordinado por Arruda y orientado hacia el descubrimiento de blancos moleculares para fármacos. El CQMED es uno de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología (INCTs) cofinanciados por la FAPESP y por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) de Brasil en el estado de São Paulo.

“En el CQMED tenemos una plataforma destinada a efectuar búsquedas de pequeñas moléculas en bibliotecas, con el fin de hallar inhibidores de proteínas específicas. En la salud humana, esto es importante para desarrollar un nuevo medicamento que inhibe a una proteína cinasa implicada en una enfermedad, por ejemplo. Utilizamos la misma plataforma para identificar una molécula que se une en la proteína cinasa de la planta y ahora podemos estudiar cómo funciona el mecanismo de respuesta a la sequía en el cual esta está implicada”, dice Arruda.

Los científicos efectuaron un barrido en una biblioteca con 378 compuestos que podrían unirse a la proteína DRIK1 e identificaron una molécula sintética denominada ENMD-2076 con esa capacidad. La idea de los investigadores consiste en modificar este compuesto de manera tal que el mismo pueda modular a la DRIK1, aumentando o disminuyendo su expresión en el organismo de la planta.

Este trabajo contó también en carácter de autores con Bruno Aquino, quien realizó una pasantía de posdoctoral con beca de la FAPESP en el IB-Unicamp; Viviane Cristina Heinzen da Silva, quien actualmente realiza una pasantía posdoctoral en el Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética (CBMEG) de la Unicamp, y Katlin Brauer Massirer, coordinadora del CQMED junto a Arruda.

La respuesta a la sequía

Para encontrar la proteína DRIK1, los investigadores buscaron en un banco de datos público genes relacionados con la respuesta a la sequía en las plantas. Se realizó un cultivo de maíz en un invernadero durante 15 días y se regó una parte de las plantas normalmente durante ese período. La otra parte quedó dividida en tres grupos, que permanecieron 9, 12 ó 14 días sin riego.

Y se secuenció el ARN de muestras de hojas y raíces. Los investigadores observaron entonces que las plantas sometidas a condiciones de sequía exhiben una expresión reducida de la DRIK1, pero sus niveles vuelven a la normalidad cuando se las rehidrata.

La información recabada en el mismo banco de datos donde se identificó a la familia de proteínas a la cual pertenece la DRIK1 mostró también que esta probablemente tiene el mismo patrón de actividad cuando existe un aumento de la temperatura y durante el ataque de al menos dos hongos distintos.

Los científicos analizaron también la estructura tridimensional de la proteína y mapearon áreas potencialmente importantes para la función de respuesta a los estímulos generados por el estrés. Esas áreas pueden servir en el futuro como blanco de compuestos que modulen la función de la proteína.

El grupo trabaja ahora en la producción de plantas con el gen que expresa a la DRIK1 alterado. Se apunta así a obtener en el futuro variedades más resistentes a la sequía, tales como algunas con una expresión disminuida de la proteína y que respondan más rápido ante la falta de agua, por ejemplo.

“Si obtenemos una variedad que resista un poco más que las otras durante una sequía, será como contar con un seguro genético. Siempre habrá pérdidas; empero, de ser posible disminuirlas, eso ya implica salvar toneladas de alimentos”, afirma Arruda.

Puede leerse el artículo intitulado Crystal structure of DRIK1, a stress-responsive receptor-like pseudokinase, reveals the molecular basis for the absence of ATP binding (doi: 10.1186/s12870-020-2328-3), de Bruno Aquino, Viviane C. H. da Silva, Katlin B. Massirer y Paulo Arruda, en el siguiente enlace: bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-2328-3.