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martes, 6 de agosto de 2019

Cuscutas: parásitas, sabuesas y ladronas de genes

Flores de Cuscuta californica. Los hilos naranjas son los tallos de la planta. Foto.
Las cuscutas (género Cuscuta) son unas plantas con una estructura extraordinariamente elemental. Tan elemental que carecen de raíz (cuando germinan las semillas la raíz embrional degenera rápidamente) y hojas (en realidad están reducidas a unas escamas membranosas muy pequeñas), mientras que los tallos son unos filamentos volubles anaranjados. Por no tener, las cuscutas no tienen clorofila, el pigmento celular responsable de la fotosíntesis. Como carecen de ese pigmento, se buscan la vida parasitando a otras plantas, lo que no es muy frecuente en las plantas con flores. Pero aún con su minúscula estructura, las cuscutas son capaces de olfatear a sus víctimas y de robarles material genético.
En el mundo hay descritas 160 especies de cuscutas, aunque la taxonomía del género es endiablada debido a la ausencia de caracteres fácilmente observables. Si uno se enfrenta a la identificación de las cuscutas, necesita al menos dos cosas: mucha paciencia y una excelente lupa binocular. Lo más visible de las cuscutas son sus tallos, que se enredan sobre la planta hospedante. Aunque parezcan un amasijo de hilos que reposan laxamente sobre el cuerpo de su desdichada víctima, en realidad los tallos están provistos de unos órganos especiales, los haustorios, que son como unas ventosas que, después de adherirse a la epidermis de las parasitadas, penetran en sus haces vasculares y les roban los nutrientes lo cual, obviamente, debilita a la hospedante. La severidad de los ataques depende de la especie de cuscuta, de la especie hospedante, del tiempo de ataque y de si hay virus patógenos en la planta parasitada. Al debilitarla, la cuscuta disminuye su capacidad para resistir enfermedades y puede incluso expandir las enfermedades de hospedante en hospedante.
Las cuscutas producen flores y muy vistosas en comparación con el resto de su cuerpo. El color de sus flores varía de blanco, a rosado, y a amarillo crema. Florecen a principios de verano, otras más tarde, dependiendo de las especies. Para los muy interesados, remito a la descripción de flores, inflorescencias y frutos en la nota a pie de página. [1]
Tallos, flores y frutos de Cuscuta campestris. Foto.
Las semillas son diminutas, y las producen en gran cantidad. Pueden sobrevivir en el suelo durante 5 a 10 años. Como toda planta recién nacida, dependen de los cotiledones para alimentarse. Las semillas de cuscuta germinadas sin un hospedante se mantienen como plantas verdes durante un máximo de diez días después de germinadas y luego mueren. De manera que para una cuscuta es vital encontrar un hospedante cuanto antes. ¿Cómo los buscan? Buena pregunta.  
La cuestión de cómo encuentra la cuscuta a sus plantas hospedantes ha desconcertado a los investigadores. Muchos pensaban que simplemente crecía en direcciones aleatorias, de modo que encontrar a una planta a la que atacar era cosa de la casualidad. Pero en un artículo publicado en Science, tres investigadores de la Universidad de Pensilvania descubrieron que si se situaban plantas de tomate cerca de una cuscuta germinando, el parásito se giraba hacia el tomate un 80% por ciento de las veces. No hacía falta la presencia física de una tomatera. Cuando rociaron elementos químicos con esencia de tomate sobre un soporte, el 73% de las cuscutas del semillero giraban en esa dirección. Las cuscutas no demostraron interés alguno cuando se les acercaron tomateras de imitación, una maceta con tierra húmeda, o recipientes que contenían agua de color rojo o verde. Por supuesto que las plantas no tienen nariz, de modo que está por aclarar el modo en que perciben los elementos químicos expedidos por las potenciales plantas hospedantes. 
Comprobada la capacidad de las cuscutas como sabuesos, veamos su trabajo como manipuladores genéticos. Aparentemente, las cuscutas roban algo más que agua y nutrientes a sus anfitriones. También roban material genético. El movimiento del material genético desde el genoma de un organismo hacia el genoma de otro se llama "transferencia horizontal de genes" (THG) y es sorprendentemente común en la naturaleza. 
La THG es un mecanismo por el que un organismo transfiere genes o genomas a células u organismos, al margen de la reproducción sexual, es decir, a un organismo o célula que no es su descendiente. Aunque la THG se conoció inicialmente en bacterias, hoy sabemos que sucede en todo tipo de organismos como plantas y animales, incluida la especie humana. Aunque pueden existir diferentes mecanismos que permiten esta transferencia entre organismos pertenecientes incluso a especies no relacionadas filogenéticamente, la transferencia mediada por virus y bacterias parece ser el más habitual. Se piensa que la THG puede haber sido fundamental en el proceso evolutivo, especialmente en la aparición de los primeros seres vivos, ya que permitiría generar nuevas combinaciones de genes y expandir aquellas que presentan una alta eficacia biológica.
Tallos de Cuscuta californica. Foto.
En las plantas, hay poca evidencia de que los genes adquiridos cumplan muchas funciones, si es que tienen alguna. Ese no es el caso de las cuscutas, que parece que se están utilizando muchos de los genes extraños dentro de su genoma. Puede que sea la conexión íntima de las cuscutas con sus parasitadas a través de los haustorios, lo que facilita las altas tasas de transferencia de genes. Independientemente de cómo llegaron allí, la cantidad de material genético extraño en el genoma de las cuscutas es sorprendente. Además, gran parte es funcional.
Los investigadores han identificado más de cien genes agregados al genomade las cuscutas a través de la THG. Estos genes provienen de una amplia variedad de grupos taxonómicos de huéspedes, incluidos representantes de los órdenes Malpighiales, Caryophyllales, Fabales, Malvales, Rosales y Brassicales. 
Sorprendentemente, la función de muchos de estos genes parece haber sido captada por las cuscutas para usarlos en su propia biología. Muchos de estos genes no solo son copias completas, sino que también fueron transcritos activamente por el genoma de las cuscutas y, por lo tanto, son funcionales. Incluyen genes que se usan para el desarrollo de los haustorios, genes que se usan para respuestas de defensa y otros utilizados para el metabolismo de los aminoácidos. Algunos investigadores también también han encontrado un gen que codifica micro-ARN. Los micro-ARN se envían de vuelta a la planta hospedante y pueden desempeñar un papel en el silenciamiento de sus genes de defensa, permitiendo que la cuscuta sea un parásito más eficaz.
Es muy posible que las propias cuscutas no puedan seleccionar qué genes se transfieren. De hecho, unas 42 regiones del genoma robado parecen no tener ninguna función. Aún así, la selección natural parece estar actuando sobre genes recién adquiridos, incorporando aquellos que cumplen una función útil y silenciando al resto. 
Todavía no sabemos exactamente cómo se desarrolla este proceso con el tiempo, ni si la transferencia de genes del huésped al parásito es en gran medida una vía de sentido único. Aún así, la evidencia sugiere que la transferencia horizontal de genes es un proceso importante en especies de plantas parásitas y puede contribuir a su éxito evolutivo. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.


[1] Las cuscutas producen en inflorescencias de tipo cima, agrupadas a su vez muy apretadas en forma de glomérulos o en conjuntos racemiformes o espiciformes. Las flores son actinomorfas, hermafroditas, pentámeras o tetrámeras, ocasionalmente trímeras, pediceladas o sésiles. Cáliz campanulado, cupuliforme, o urceolado, con sépalos soldados, en ocasiones casi libres, ± iguales y herbáceos, persistentes, a veces acrescentes, lisos o papilosos, más rara vez tuberculados. Corola campanulada, tubular o urceolada, dividida en (3)4-5 lóbulos iguales, más cortos o más largos que el tubo, caediza o persistente, lisa o papilosa, con escamas infrastaminales unidas en la base. Androceo con (3)4-5 estambres insertos por encima de la mitad o en el extremo del tubo de la corola, ± iguales, exertos; filamentos cilíndricos, subcilíndricos, subcónicos o cónicos, glabros, a veces muy cortos, casi imperceptibles; anteras ovoides, elipsoidales, subglobosas o de sección sagital, dorsifijas, lisas. Disco nectarífero intraestaminal muy reducido, anular. Gineceo con 2 carpelos; ovario entero, globoso, con 2 lóculos, con 2 rudimentos seminales por lóculo; estilos 1-2(3), terminales, cilíndricos, a veces ligeramente comprimidos, subcilíndricos, cónicos o largamente cónicos, inclusos o exertos, glabros, persistentes; estigmas 2, largamente cónicos, cilindrícos, subcilíndricos, o subglobosos. Fruto generalmente en cápsula, con dehiscencia generalmente basal, definida o irregular, a veces con fruto indehiscente. Semillas 1-4, subes- féricas u ovoides, rugosas, glabras, con una protuberancia por debajo del hilo; embrión espiralado, sin cotiledones, y, en ocasiones, con varias escamas alternas en la parte del epicótilo.