Las enfermedades de las plantas plantean desafíos importantes para la productividad agrícola y presentan obstáculos formidables que requieren atención urgente. Si no se controlan, estas enfermedades pueden propagarse rápidamente, causando grandes daños a los cultivos y provocando reducciones de rendimiento y pérdidas económicas sustanciales. Por tanto, es muy importante identificar con precisión los patógenos responsables de estas enfermedades. Esta identificación permite intervenciones específicas que reducen el riesgo y reducen efectivamente los impactos de la agricultura.
xantomonas Las especies son patógenos vegetales notorios que afectan a un amplio espectro de huéspedes, incluidos cultivos importantes como el arroz, el trigo y el tomate. El uso de estos patógenos aumenta su patogenicidad. a-1,6-cíclico b-1,2-glucohexadecosa (CbG16A) para suprimir los mecanismos de defensa esenciales de las plantas, como la expresión de proteínas relacionadas con la patogénesis y la acumulación de callosa.
En un desarrollo reciente publicado el 19 de junio de 2024 Revista de la Sociedad Química Estadounidense, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado Masahiro Nakajima de la Universidad de Ciencias de Tokio descubrió un descubrimiento notable. Identificaron XccOpgD, una glucósido hidrolasa (GH186). X. campestris pv campestris que juega un papel importante en la biosíntesis de CβG16α. El equipo de investigación incluyó al Sr. Sei Motouchi de la Universidad de Ciencias de Tokio, Shiro Komba, científico jefe del Instituto de Investigación Alimentaria, NARO, y Hiroyuki Nakai de la Universidad de Niigata.
“Las estructuras de glicanos son complejas y versátiles y desempeñan una variedad de funciones importantes en la naturaleza y los organismos. Las enzimas sintetizan y degradan glicanos, exhibiendo diversas estructuras y funciones consistentes con la diversidad de glicanos. Sin embargo, nuestra comprensión de estas enzimas aún es limitada, lo que impulsa la exploración. Con varias posibilidades nuevas para nuevas enzimas”, explica el profesor Nakajima, explicando la justificación del estudio.
El equipo realizó análisis bioquímicos para dilucidar el papel de XccOpgD en la biosíntesis de CβG16α. Se emplearon técnicas avanzadas como la cristalografía de rayos X como análisis estructural para desentrañar el mecanismo catalítico y la especificidad del sustrato de la enzima.
Estos esfuerzos han producido conocimientos profundos. XccOpgD pertenece a la familia GH186, esencial para la regulación de los componentes de la pared celular bacteriana. A diferencia de las primeras enzimas GH186 identificadas, XccOpgD exhibe un mecanismo enzimático sin precedentes conocido como transglicosilación inversora de anómero.
“Las reacciones típicas de las enzimas GH se clasifican teóricamente en cuatro tipos por retención o inversión y reacción con agua (hidrólisis) o azúcar (transglicosilación). Sin embargo, en la larga historia de la investigación sobre las enzimas relacionadas con los carbohidratos, falta una clasificación. La clasificación que falta que descubrimos es único gracias al entorno estructural, se abren nuevas posibilidades para la glicosilación basada en enzimas”, explica el profesor Nakajima. Además, las cadenas de azúcar sintetizadas mediante este proceso no son meros componentes secundarios, sino estructuras esenciales utilizadas con fines patógenos por diversas bacterias gramnegativas en la naturaleza.
Estudios detallados demostraron que el β-1,2-glucano lineal se convirtió en el compuesto cíclico y el compuesto se identificó como CβG16α mediante resonancia magnética nuclear. El análisis estructural del complejo de Michaelis identifica importantes residuos de unión al sustrato, lo que aclara aún más interacciones específicas a lo largo de la cadena de glucano. En particular, XccOpgD utiliza un mecanismo de transglicosilación inversora de anómero, en el que D379 y D291 desempeñan funciones importantes como catalizadores.
Estos resultados profundizan nuestra comprensión y abren vías para desarrollar estrategias específicas contra las enfermedades de las plantas inducidas por Xanthomonas. “Anticipamos un concepto de pesticida dirigido a este homólogo de enzima en el futuro. A diferencia de los fungicidas que promueven la aparición de bacterias resistentes a los medicamentos en el suelo, atacar esta enzima puede potencialmente prevenir la patogenicidad sin matar al objetivo. Los homólogos de enzima identificados en este estudio pueden servir como constructos prometedores: los medicamentos basados en objetivos ofrecen una solución potencial al problema de las bacterias resistentes a los medicamentos”, afirmó el profesor Nakajima con optimismo.
El descubrimiento de XccOpgD y su papel en la biosíntesis de CβG16α marca un gran avance en la agricultura. Promete una mayor resiliencia y seguridad alimentaria al tiempo que reduce los impactos ambientales asociados con los pesticidas convencionales. En general, estos avances brindan soluciones sostenibles a los desafíos agrícolas globales, promoviendo la gestión ambiental y la viabilidad económica para los agricultores de todo el mundo.