Los investigadores han descubierto la estructura y función únicas de la enzima nucleasa tipo S1 DAN1 en la rocío de sol lanceolada, Drosera Adelaeque ayuda a la planta carnívora a descomponer la presa para la absorción de nutrientes.

En un estudio publicado en el Anales de botánicaLos investigadores han estudiado el funcionamiento interno de la drosera lanceolada, Drosera Adelae, una planta carnívora conocida por sus colmillos únicos y su sistema digestivo. La investigación realizada por Meng Yu y sus colegas en Japón descubrió nueva información sobre una enzima especializada llamada nucleasa tipo S1 (DAN1) en el fluido digestivo de la planta. Los resultados brindan información sobre la expresión génica, las características estructurales y las adaptaciones evolutivas de esta enzima, que desempeña un papel crucial en la capacidad de la planta para absorber los nutrientes de sus presas.

Las plantas carnívoras, como la drosera lanceolada, han evolucionado para capturar y digerir insectos y otros animales pequeños para complementar su ingesta de nutrientes, especialmente en entornos pobres en nutrientes. Estas plantas secretan fluidos digestivos que contienen varias enzimas que descomponen las presas en compuestos más simples. Si bien los estudios anteriores se han centrado en otras enzimas presentes en los jugos digestivos de estas plantas, se han realizado pocas investigaciones sobre las nucleasas, enzimas que ayudan a descomponer los ácidos nucleicos como el ADN y el ARN.

En este estudio, Yu y sus colegas se centraron en la enzima DAN1, una nucleasa de tipo S1 que se encuentra en el líquido digestivo de Drosera Adelae. Su objetivo era comprender su expresión génica, sus propiedades estructurales, funcionales y evolutivas, así como su papel en el órgano de captura único de la planta y la regulación epigenética asociada. La regulación epigenética se refiere a los cambios en la actividad de los genes que no implican cambios en la secuencia de ADN subyacente, pero que aún pueden transmitirse de generación en generación.

El equipo usó PCR en tiempo real para examinar la expresión específica de órganos del Dan1 Gen en la drosera lanceolada, incluyendo tentáculos glandulares, láminas, raíces e inflorescencias. Esta técnica permite la detección y cuantificación de secuencias específicas de ADN. También examinaron el estado de metilación del Dan1 Promotor, una región del ADN que controla la actividad del gen, mediante secuenciación con bisulfito, que revela el grado de metilación del ADN en una secuencia determinada.

Los resultados mostraron que Dan1 se expresa exclusivamente en los tentáculos glandulares y su promotor está casi completamente desmetilado en todos los órganos. Este hallazgo contrasta con el gen de la RNasa similar a S como yo de Drosera Adelae, que tiene una expresión específica de órgano similar pero está controlada por un promotor que no está metilado específicamente en los tentáculos glandulares. Esto sugiere que los dos genes están regulados de manera diferente.

Además de analizar la regulación y la expresión génica, los investigadores también examinaron las propiedades estructurales de DAN1 comparando las estructuras primarias de las nucleasas de tipo S1 de tres plantas carnívoras y siete no carnívoras. Esta comparación reveló siete posiciones de aminoácidos que se conservaron solo en plantas carnívoras y tres que solo se conservaron en plantas no carnívoras. Este hallazgo indica que la evolución diseñó la estructura de DAN1 para realizar funciones específicas en el fluido digestivo de las plantas carnívoras.

DAN1 se produjo utilizando un sistema de síntesis de proteínas sin células para comprender mejor la función de la enzima. Luego, los investigadores probaron los requisitos de iones metálicos de la enzima, el pH y la temperatura óptimos, y la preferencia de sustrato. Descubrieron que DAN1 prefiere el ARN al ADN como sustrato en presencia de iones Zn2+, Mn2+ o Ca2+ y funciona mejor a pH 4,0.

Con base en estos hallazgos, los investigadores concluyeron que la función principal de DAN1 en Drosera Adelae destinado a facilitar la absorción de fosfatos de la presa. Esta función difiere significativamente de las funciones conocidas de las nucleasas de tipo S1 en otras plantas. En su artículo, Yu y sus colegas escriben:

Las nucleasas de tipo S1 de las plantas desempeñan un papel en muchos procesos biológicos, incluida la degeneración del endospermo (Brown y Ho, 1986), la diferenciación de elementos traqueales (Ito y Fukuda, 2002), la senescencia de las hojas (Pérez-Amador y otros., 2000) y reacción a la infección por viroides (Matoušek y otros., 2007, 2008). Aparte de la respuesta a la infección por viroide, estos fenómenos acompañan a la muerte celular programada (PCD) (Sugiyama y otros., 2000). Sin embargo, los estudios sobre las enzimas digestivas de las plantas carnívoras, incluido el estudio actual, sugieren que las nucleasas de tipo S1 también se usan para digerir los ácidos nucleicos de las presas, lo que no está asociado con la DCP. Además, dado que dr. adela DA-I es una RNasa tipo S que abunda en el líquido digestivo y DAN1 parece preferir ssRNA sobre ssDNA como sustrato…, dr. adela pueden obtener fosfatos principalmente a partir de ARN. Este puede ser un rasgo común entre las plantas carnívoras, ya que las RNasas tipo S prevalecen en los fluidos digestivos de estas plantas…

Yu y otros. 2023

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Yu, M., Arai, N., Ochiai, T. y Ohyama, T. (2023) “Expresión y función de una nucleasa de tipo S1 en el líquido digestivo de un rocío de sol, Drosera Adelae” Anales de botánica, 131(2), págs. 335-346. Disponible en: https://doi.org/10.1093/aob/mcac150

Foto de cubierta: Drosera Adelae / Matriz de incidencia / Flickr.