La inventiva de la naturaleza: diferentes plantas, mismas defensas. Las plantas de maíz forman compuestos especiales derivados del indol y denominados benzoxazinoides. Se consideran ecológicamente importantes porque actúan contra una amplia gama de herbívoros, evitando la predación de la planta.
Los benzoxazinoides también exhiben propiedades antimicrobianas. Y se cree que participan en la mediación de las interacciones entre plantas. Su biosíntesis en el maíz no es algo nuevo, ya que se conoce desde los años 1990.
Mientras tanto, su vía biosintética se ha descrito en varias gramíneas, pero también se han encontrado benzoxazinoides en otras especies de plantas. Pero su distribución es muy peculiar en la naturaleza.
Mientras que los metabolitos especializados a menudo son detectados en especies de plantas específicas relacionadas evolutivamente, los benzoxazinoides muestran el comportamiento opuesto. Por lo que se los encuentra esporádicamente en muchas familias de plantas emparentadas lejanamente.
Buscando explicaciones
Los científicos han intentado en vano dilucidar cuál es esta vía metabólica no solo en el maíz, sino también en especies lejanas. Por lo tanto, el objetivo de la investigación del grupo de Tobias Köllner en el Departamento de Biosíntesis de Productos Naturales del Instituto Max Planck de Ecología Química era claro. «Queríamos saber si la capacidad de formar benzoxazinoides evolucionaba de forma independiente en diferentes especies».
Para conseguirlo, el equipo utilizó dos especies de plantas eudicotiledóneas lejanamente relacionadas que producen benzoxazinoides. La ortiga dorada Lamium galebodolon, que se encuentra dispersa en zonas boscosas en suelos ricos en nutrientes en Europa. Y la popular planta de interior Aphelandra squarrosa, más conocida como planta cebra.
Para ambas especies, los investigadores crearon conjuntos de datos de los compuestos. Y determinaron los genes expresados en diferentes tejidos. Luego las compararon con especies estrechamente relacionadas que no producen benzoxazinoides.
«Este enfoque nos permitió identificar ciertos genes ‘candidatos’ que pueden estar involucrados en la formación de estos compuestos. Además, caracterizamos los genes candidatos expresándolos en el tabaco para descubrir si realmente están involucrados en la producción de benzoxazinoides». Así describe su enfoque metodológico Matilde Florean, primera autora del estudio.
Vía metabólica
Los investigadores pudieron demostrar que la vía metabólica de los benzoxazinoides evolucionó de forma independiente en el maíz y en las dos especies investigadas. Tobias Köllner lo explica así. «Descubrimos que, a diferencia del maíz, donde varias enzimas del citocromo P450 estrechamente relacionadas llevan a cabo pasos específicos de la ruta metabólica, se reclutaron diferentes clases de enzimas. Así como familias de enzimas del citocromo P450 no relacionadas».
En particular, fue completamente inesperado el descubrimiento de que la ortiga dorada y la planta cebra utilizan una monooxigenasa de doble función que contiene flavina. En lugar de dos enzimas diferentes del citocromo P450 como en las gramíneas. Comprobamos que diversas enzimas realizan las mismas reacciones.
Sarah O ‘Connor, directora del Departamento de Biosíntesis de Productos Naturales, resume los resultados de la investigación. «Con este trabajo, hemos demostrado cuán flexible puede ser el metabolismo de las plantas.
Porque pueden inventar de forma independiente estrategias muy diferentes para producir los mismos compuestos químicos. Y esto ha sucedido al menos tres veces en la historia evolutiva de los benzoxazinoides». En el futuro, el equipo espera dilucidar la biosíntesis de estos compuestos en aún más familias de plantas. La inventiva de la naturaleza: diferentes plantas, mismas defensas.
Referencias: publicación en Proceedings of the National Academy of Sciences.
