Pulgones, unos ingenieros genéticos inesperados

¿Puede un insecto modificar el código genético de una planta en su propio beneficio? La saliva de estos pulgones del género hormaphis guía el crecimiento de los árboles de hamamelis para que desarrollen las agallas que les sirven de refugio

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Agalla producidas por los áfidos Hormaphis cornu en las hojas de un hamamelis

Agalla producidas por los áfidos Hormaphis cornu en las hojas de un hamamelis

Foto: David Stern

Las comúnmente conocidas como agallas o cecidias, son unas estructuras de tipo tumoral que desarrollan las plantas inducidas por una gran variedad de insectos, nematodos, hongos o virus. Se trata de un mecanismo de defensa en el que la planta responde con un crecimiento anómalo de sus tejidos con el fin de recubrir la zona dañada, infectada o parasitada por otro organismo. Estas agallas, las cuales pueden ser inducidas por algunas especies de pulgones, ácaros o avispas, pueden tomar innumerables formas y tamaños, desde protuberancias amorfas hasta otras en forma de conos, espinas e incluso flores; y han fascinado a los biólogos durante siglos.

¿Cómo un organismo de un reino toma el control del genoma de un organismo de otro reino para reorganizar completamente su desarrollo para producir un hogar para sí mismo?

Así, según afirma David Stern, del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes, en la actualidad es sabido que los insectos inducen la formación de estas agallas al manipular el desarrollo de las plantas. Sin embargo, descubrir el modo en que exactamente llevan a cabo esta hazaña ha sido hasta hoy una gran incógnita sin resolver de la biología". La gran pregunta que se planteaba Stern era: ¿Cómo un organismo de un reino toma el control del genoma de un organismo de otro reino para reorganizar completamente su desarrollo y producir un hogar para sí mismo?". Ahora en un estudio que se publica esta semana en la revista Current Biology bajo el título A novel family of secreted insect proteins linked to plant gall development, el científico y su equipo parecen haber identificado los primeros ejemplos de insectos cuyos genes guían directamente el desarrollo de las agallas.

Estos genes en concreto se activan en las glándulas salivales de los pulgones del género hormaphis y parecen dirigir la formación de agallas cuando los insectos depositan su saliva sobre las plantas. "Creo que han descubierto un universo completamente nuevo", declara Patrick Abbot, un experto en ecología molecular de la Universidad de Vanderbilt ajeno a la investigación. "Existe una gran probabilidad de que se encuentren genes similares en otros insectos; me entran ganas de correr al laboratorio y empezar a revisar mis datos", añade presumiblemente emocionado por el hallazgo.

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"Descubrir cómo estudiar la formación de agallas ha sido un desafío de larga data en el campo de la botánica", continúa Stern, quien se ha visto atraído por esta cuestión desde que era un estudiante graduado y desarrollaba su trabajo de campo en Malasia. "Los insectos productores de agallas no son organismos modelo de laboratorio como las moscas de la fruta, por lo que desconocemos muchísimas cosas sobre su genética".

Reprogramado el desarrollo vegetal

Hace unos años, mientras deambulaba por los bosques del campus ribereño de Janelia, Stern hizo una observación reveladora: los pulgones de Hormaphis cornu producían agallas en los hamamelis, unos pequeños árboles con flores que abundan en el campus. Incluso en una sola hoja, advirtió Stern, algunos pulgones de Hormaphis producían agallas verdes, mientras que en otras estas cecidias tenían un color rojo. La respuesta fue la natural en un científico: Stern tenía la oportunidad de comparar ambos tipos de agallas visiblemente diferentes y descubrir cuales eran los factores genéticamente distintos entre los pulgones que las producían.

Hormaphis cornu

Hormaphis cornu

Foto: David Stern

Fue así que cuando el investigador y su equipo secuenciaron los genomas de los pulgones que producían agallas verdes y los que producían agallas rojas, identificaron un gen que variaba entre ambos. Los áfidos con una versión de un gen al que llamaron "determinante del color de las agallas" producían agallas verdes; los pulgones con una versión diferente del mismo gen produjeron sus equivalentes rojas. El hallazgo despertó su curiosidad, ya que el gen no se parecía a ninguno de los genes identificados previamente.

Para profundizar en su investigación recolectaron una nueva cohorte de pulgones, tanto de los árboles de hamamelis como de los abedules de río. Aunque los pulgones de Hormaphis cornu viven en los abedules de río en el verano, no producen agallas en estos otros árboles. De vuelta en el laboratorio, los investigadores diseccionaron cuidadosamente las diminutas glándulas salivales de los insectos. En estas glándulas el equipo buscó genes que se activaron solo en los pulgones que producían agallas y de este modo encontraron que el gen determinante del color de la agalla era similar a cientos de otros genes que estaban activados en estos individuos formadores de cecidias. El equipo de Stern denominó a este grupo genes "bicycle".

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Fotografías

Los pulgones que producen agallas en los árboles de hamamelis activan estos genes para producir "proteínas bycicle". "Los insectos segregan estas proteínas en las células de las plantas para reprogramar el tejido de las hojas y hacer que se forme una agalla en lugar de que el tejido siga su patrón normal de crecimiento, explica Aishwarya Korgaonka, investigadora del laboratorio Stern y codirectora del proyecto.

"El equipo ahora está trabajando para identificar las moléculas de las plantas a las que se dirigen las proteínas bycicle de los pulgones", añade Korgaonkar. "Eso podría ayudarlos a comprender cómo estas incitan a las plantas a formar agallas". "Después de años de preguntarse qué está pasando, es muy gratificante tener algo que mostrar", concluye Stern.

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