FUNDECITRUSNaranjo infectado: la Xanthomonas citri se propaga por la parte externa de los frutos y las hojasFUNDECITRUS
Casi un año y medio después de concluir el secuenciamiento que reveló la identidad genética de la bacteria Xanthomonas citri, una plaga de los naranjales, investigadores de la red de laboratorios ONSA – formada para el secuenciamiento de otra enemiga de los naranjos, la Xylella fastidiosa – han concretado otros dos logros. Primero, han apuntado caminos en el combate contra la X. citri con base en análisis de tan solamente 100 de sus miles de genes, lo que tendrá impacto sobre todas las investigaciones de patógenos agrícolas, ya que el estudio de la citri se concretó mediante la comparación con su prima Xanthomonas campestri.
Y ésta tiene una característica muy favorable: infecta a la Arabidopsis thaliana, una planta modelo para estudios genéticos, cuyo genoma fue secuenciado recientemente. La otra conquista, después del secuenciamiento de la citri y junto con las sugerencias para su combate, es el secuenciamiento de la campestri. El conocimiento generado no beneficiará solamente a la citricultura. El mismo podrá extenderse a las principales plantas que alimentan al ser humano, ya que el género Xanthomonas está constituido por 20 especies que atacan a 392 vegetales, entre éstos el fríjol, el arroz, la mandioca o yuca, el algodón, el maíz, la caña, el trigo y la soja.
El secuenciamento comparativo de las dos bacterias, realizado por 69 investigadores de 11 de los laboratorios de la red ONSA, ha ganado las páginas de la edición de 23 de mayo de la revista Nature. El reconocimiento científico reafirma el liderazgo brasileño en la investigación de patógenos agrícolas: de los cuatro patógenos ya secuenciados en el mundo, tres lo fueron en Brasil. “Con los genomas de las dos Xanthomonas concluidos, tenemos un modelo perfecto para estudiar la relación bacteria-planta, identificando exactamente a los genes implicados en esa interacción. Eso servirá de base para entender otras plagas agrícolas”, explica Jesus Aparecido Ferro, de la Facultad de Ciencias Agrarias y Veterinarias de la Universidad Estadual Paulista (FCAV-Unesp) de Jaboticabal.
Ferro divide con Ana Cláudia Rasera da Silva, del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), la coordinación del proyecto Genoma Xanthomonas, en el marco del Programa Genoma FAPESP. Este trabajo desarrolla en profundidad tres vías de ataque consideradas las más prometedoras. Una partió del gen PTHA, que se sabía estaba relacionado con la proliferación anormal de células que la X. citri provoca. El artículo comprueba que la X. campestri no tiene ese gen, pero identificó en esa bacteria un gran número de enzimas que degradan la pared celular de las plantas (las poligaractoranasas), hecho que explica la masiva degradación de tejido que el patógeno causa.
Varios genes son los probables codificadores de esas enzimas, y los investigadores preparan un proyecto de genoma para probar esa relación. Esperan que esto abra el camino para el desarrollo de sustancias que bloqueen las enzimas, imprescindibles para que la bacteria digiera a la planta.La segunda ruta surgió de la búsqueda que determina que cada especie de Xanthomonas solamente ataca a ciertas plantas. La clave de esa especialización son los genes de avirulencia de las bacterias – que codifican proteínas capaces de accionar el sistema de defensa de algunos vegetales, no así de otros. Solamente existe infección cuando los genes de avirulencia de una bacteria engañan a los genes de resistencia de la planta. Es una interacción precisa, que restringe bien el número de hospedadores de cada Xanthomonas.
Los genes de avirulencia no son necesariamente los mismos que causan la patogenicidad, pero en el caso de la X. citri, existe una coincidencia. El PTHA, que causa proliferación celular anormal, también es el gen de avirulencia. La transferencia de ese gen hacia otra especie de Xanthomonas volvió a la bacteria incapaz de infectar a su hospedador habitual, el arroz, porque el PTHA disparó las defensas de la planta.
Además del PTHA, el estudio identificó, como resultado de la acción de genes de avirulencia, una serie de proteínas de la superficie de la bacteria relacionadas con las síntesis del antígeno-O. Se cree que tal antígeno engaña al sistema de defensa. “El gen de resistencia permanece en la superficie de la planta y el antígeno-O, en la superficie de la bacteria, en una interacción similar a la que ocurre en los animales entre el antígeno y el anticuerpo”, dice Ana Cláudia. La infección se produce si la planta no reconoce un antígeno-O como extraño. En la Xanthomonas citri fueron identificadas cerca de diez enzimas que resultan en un antígeno-O específico.
“Queremos estudiar más aquellas enzimas y los genes que las sintetizan, porque creemos que, si bloqueamos su síntesis con alguna sustancia, la planta probablemente pasará a reaccionar contra la bacteria, volviéndose resistente”, comenta Ana Cláudia. Esa sustancia sería aplicada en el naranjal y podría funcionar como una especie de vacuna. Pese a que actúa sobre la bacteria y no sobre la planta directamente, el tratamiento volvería a los naranjales resistentes al chancro, por desenmascarar al agresor ante el sistema de defensa.
La tercera vía de ataque se focaliza en los mecanismos de proliferación de la citri. La campestri es sistémica – se esparce por dentro y causa la pudrición de los tejidos -, mientras que la citri conquista áreas en la parte externa, en la cual se disemina por acción del viento. La comparación de los genomas permitió identificar especificidades metabólicas de las bacterias relacionadas con las partes de la planta en donde cada una vive.
Diferencias
El físico Ronaldo Bento Cuaggio descubrió que la campestri asimila nitrógeno de nitratos y nitritos del suelo y, en cantidad menor, de la savia del xilema (el sistema circulatorio de la planta), en el cual dicha bacteria vive. La citri, en tanto, que vive en el espacio intercelular, no tiene esa capacidad: consigue nitrógeno rompiendo proteínas y convirtiéndolas en péptidos, que son absorbidos con la ayuda de un transportador, el PPA, que arroja los péptidos hacia dentro de la bacteria. Una forma de combatir el chancro cítrico sería un inhibidor que impidiera a la bacteria sintetizar ese PPA: así, la X. citri se volvería incapaz de obtener su alimento y sencillamente moriría de inanición.
Tanto la Xanthomonas como la Arabidopsis, la planta modelo en los estudios en esta área, son de fácil manipulación genética. Según los investigadores, es sencillo inhibir o insertar genes en el ADN (el ácido desoxirribonucleico, portador del código genético presente en cada célula) de esos organismos, para comprobar la función de cada gen. La investigación se centró en la comparación del genoma de la X. citri con el de la X. campestri por la combinación de dos factores contradictorios: la proximidad genética de las dos bacterias y el hecho de que éstas tienen hábitos muy distintos.
Mientras que la citri se propaga por la parte externa, causando un tipo de chancro o cancro (cáncer) en hojas y frutos, la campestri provoca la llamada putrefacción negra de las crucíferas, una especie de lepra, que se instala y se esparce por el sistema circulatorio de coles o repollos, Arabidopsis y similares. El razonamiento que inspiró la comparación fue sencillo: si dos bacterias tan próximas genéticamente tienen mecanismos de proliferación y efectos tan diversos, bastaría buscar las diferencias de sus ADNs para hallar a los genes responsables de la proliferación y patogenicidad de cada una. La comparación auguraba ser esclarecedora, y lo fue.
En cada Xanthomona fueron identificados los genes vitales que las capacitan para digerir a los respectivos hospedadores. El trabajo sugiere, como forma eficaz de combatir a las plagas, el desarrollo de una sustancia que inhiba a esos genes, matando a las bacterias por inanición. El equipo cree también haber descubierto los genes bacterianos responsables de esquivar el sistema de defensa de las plantas. Inhibirlos podría hacer que las plantas se volvieran resistentes a la enfermedad.
Otro camino, aún poco explorado, se relaciona con la cantidad inusitada de genes de quimiotaxia hallados en la Xanthomonas . Son genes que determinan la atracción por parte de ciertas sustancias químicas – en ese caso, la serina, un aminoácido abundante en las hojas durante la fotosíntesis. “Esos genes pueden estar relacionados con la capacidad de la bacteria de penetrar en la planta”, dice Ana Cláudia. “Si esa hipótesis se comprueba, podremos estudiar la mejor manera de inhibir la acción de esos genes”. El estudio abre perspectivas para varios proyectos de genoma que, según Ferro, prometen evolucionar mucho más rápido que los de la Xylella, el primer ser vivo secuenciado en Brasil, causante de la plaga amarilla.
“Con la Xylella“, agrega Ferro, “tuvimos que superar tres obstáculos, que no existen en la Xanthomonas: la lentitud de crecimiento de la bacteria, el largo tiempo que la infección demora para instalarse en el hospedador y el hecho de que los métodos de manipulación genética convencionales no funcionan con la Xylella“. En el caso de la Xanthomonas, además de crecer de prisa, tiene un hospedador alternativo (Arabidopsis) que también desarrolla rápidamente la enfermedad y un ADN fácil de manipular.
Los genomas de las dos Xanthomonas fueron confrontados con el de la Xylella fastidiosa, su pariente más cercano – se estima que los géneros Xanthomonas y Xylella se separaron evolutivamente hace 160 millones de años. Esa comparación mostró que los cerca de 200 genes de la X. campestris que no se encuentran en la X. citri son la porción de su genoma más similar al de la Xylella: podrían estar relacionados con la especificidad del hospedador, ya que ambas atacan a los cítricos.
El estudio pone en evidencia la importancia de la genómica comparativa. El plan inicial no era secuenciar a la campestri completa, de importancia económica mucho menor que la citri . “Pero enseguida nos dimos cuenta de que, pese al gran parecido, ambos genomas tenían grandes pedazos de ADN circular encajados en locales diferentes, lo que hizo que la comparación fuera imposible sin secuenciar todo”, cuenta Ana Cláudia. El trabajo creció e hizo de la Xanthomonas el primer proyecto brasileño de genoma que excedió el plazo.
Una mirada ampliada
Fueron secuenciados los 4.322 genes de la X. citri con sus 5,1 millones de nucleótidos, y los 4.079 genes de la X. campestri En la citri, los investigadores creen conocer la función de 2.700 genes, de los cuales unos 300 son posibles objetivos para el desarrollo de formas de combate a la bacteria y 100 – entre ellos los genes relacionados con la adhesión y la citotoxicidad de las dos bacterias – ya han sido mostrados en Nature. El próximo paso será confrontar los genes de la citri con los de la Xanthomonas que también provocan chancro, pero en otras especies vegetales.
El Proyecto
Genoma Xanthomonas
Modalidad
Proyecto del Programa Genoma FAPESP
Coordinadores
Jesus Aparecido Ferro – Unesp de Jaboticabal; y Fernando de Castro Reinach y Ana Cláudia Rasera da Silva – USP
Inversión
US$ 2.210.328,17
