• Los investigadores del CRAG han desarrollado una estrategia para producir proteínas antifúngicas de forma eficiente y a gran escala en plantas.
• La clave de este avance radica en dirigir la producción de estas proteínas hacia la vacuola, un compartimento celular que se ha demostrado ideal para su acumulación.
• Estas proteínas antifúngicas producidas en plantas ofrecen un gran potencial como biofungicidas seguros y respetuosos con el medio ambiente para proteger cultivos y cosechas.

Un nuevo estudio fruto de la colaboración entre investigadores del CRAG y el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA-CSIC), ha revelado una estrategia altamente eficaz para la producción de proteínas antifúngicas (AFPs) en plantas. Publicado en la revista Plant Biotechnology Journal, este trabajo abre nuevas vías para el desarrollo de biofungicidas más sostenibles y seguros para la agricultura.

Una estrategia innovadora para altos rendimientos

Las AFPs, como PeAfpA de Penicillium expansum y PdAfpB de Penicillium digitatum, son moléculas de gran interés biotecnológico debido a su potente actividad contra una amplia gama de hongos patógenos. Son pequeñas y notablemente estables, lo que las hace resistentes al calor, las proteasas y condiciones de pH extremas. Además, no presentan toxicidad para las células vegetales o de mamíferos.

Tradicionalmente, la producción de proteínas en plantas ha explorado diversas estrategias de compartimentación, incluyendo la secreción al apoplasto (el espacio exterior de la célula). Sin embargo, esta investigación ha demostrado que una alternativa para lograr rendimientos extraordinariamente altos de estas AFPs reside en dirigirlas a este orgánulo especializado de las células vegetales: la vacuola.

"La principal novedad radica en el uso del gran compartimento vacuolar, habitualmente considerado inadecuado para el almacenamiento de proteínas debido a su entorno lítico, donde las proteínas son propensas a la degradación", explica Juan José López-Moya, coautor del estudio. Sin embargo, la inherente resistencia de las AFPs a este entorno proteolítico las convierte en candidatas ideales para esta estrategia innovadora. Al incorporar una secuencia de señalización vacuolar además de una apoplástica en los vectores de expresión, los investigadores lograron un incremento notable en la acumulación de proteínas. En concreto, la producción de PeAfpA se multiplicó por más de 9 veces, y la de PdAfpB por 3,5 veces, en comparación con las construcciones dirigidas únicamente al apoplasto.

La localización subcelular de las proteínas se confirmó mediante microscopía electrónica de transmisión, observándose que las AFPs se almacenaban mayoritariamente en la vacuola. Es importante destacar que la funcionalidad de las proteínas no se vio afectada con el cambio en la señalización, y su localización vacuolar no requiere pasos de purificación diferentes.

Aplicaciones prácticas y perspectivas de futuro

Los extractos de plantas enriquecidos con estas AFPs, sin necesidad de una purificación compleja adicional, demostraron una actividad antifúngica equiparable a la de las proteínas purificadas de origen fúngico, tanto en ensayos in vitro como in vivo.

Los ensayos de protección vegetal fueron muy prometedores: (i) Se observó una protección efectiva en plantas y frutos de tomate contra Botrytis cinerea, el hongo causante de la podredumbre gris, que provoca pérdidas económicas significativas a nivel mundial. (ii) Las AFPs protegieron las semillas de arroz de infecciones por Fusarium proliferatum, un hongo asociado a la enfermedad del Bakanae y a la contaminación por micotoxinas. (iii) Asimismo, se demostró su eficacia en hojas de arroz contra Magnaporthe oryzae, el agente causal de la enfermedad del tizón del arroz, una de las más graves para este cultivo.

Estos resultados sugieren que las AFPs pueden ser ampliamente utilizadas como fungicidas naturales en la protección de cultivos, incluyendo aplicaciones pre-cosecha y post-cosecha. El sistema de expresión transitoria en plantas es rápido, económico y escalable, lo que lo convierte en una plataforma atractiva para la producción de estos "biofungicidas verdes". Aunque se necesitarán más estudios de campo y evaluaciones del impacto ecológico, este avance representa un paso crucial hacia una agricultura más sostenible.

*Todos los coautores del CRAG y el IATA dedican esta publicación final a la memoria de nuestra estimada investigadora Maria Coca, que falleció en 2021, honrando su papel en el diseño del proyecto, la supervisión de los experimentos y la redacción de la versión inicial.

Artículo de referencia

Bugeda A, Shi X, Castillo L, Marcos JF, Manzanares P, López-Moya JJ, Coca M. High yield production of the antifungal proteins PeAfpA and PdAfpB by vacuole targeting in a TMV-based expression vector. Plant Biotechnol Journal. 2025 May 3. https://doi.org/10.1111/pbi.70093

Sobre los autores y la financiación del estudio

La investigación fue financiada por múltiples subvenciones del MICIU/AEI/10.13039/501100011033 (RTI2018-101115B-C22 a MC, RTI2018-101115B-C21 y PID2021-125858OB-100 a JFM y PM), y a través del Programa de Excelencia Severo Ochoa (CEX2019-000902-S a CRAG y CEX2021-001189-S a IATA). Fondos adicionales fueron proporcionados por el Programa CERCA de la Generalitat de Catalunya.