Caracterización molecular de nódulos eficientes e ineficientes en la fijación biológica de nitrógeno durante la simbiosis entre rizobios y Medicago spp.

Abstract

La simbiosis rizobio-leguminosa es de gran interés agronómico debido a su capacidad de introducir nitrógeno a los suelos de manera sustentable. Durante esta interacción los rizobios, bacterias presentes en los suelos inducen la formación de nuevos órganos denominados nódulos en las raíces de las plantas leguminosas. Es en este órgano donde las bacterias sufren una diferenciación en bacteroide, un estado en el que son capaces de reducir el nitrógeno presente en la atmósfera a amonio, una molécula asimilable para la planta. De esta manera, en los sistemas agropecuarios los rizobios son utilizados como inoculantes que permiten aumentar los rendimientos de los cultivos de leguminosas de gran interés económico como la soja o la alfalfa. Se han determinado numerosos genes, tanto de la planta como de la bacteria, necesarios para el establecimiento y en las etapas tempranas de la simbiosis entre alfalfa (Medicago sativa) y su simbionte modelo, Sinorhizobium meliloti. Sin embargo, pocos genes han sido involucrados a las etapas tardías de la simbiosis, especialmente el proceso de diferenciación de los bacteroides, clave para una correcta fijación biológica de nitrógeno (FBN). A pesar de que esta interacción simbiótica es altamente específica, otros rizobios como Rhizobium favelukesii son capaces de establecer una simbiosis con alfalfa. No obstante, esta simbiosis es ineficiente en la fijación biológica de nitrógeno: los nódulos son pequeños y los niveles de fijación de nitrógeno son bajos. En esta tesis, propusimos comparar la simbiosis eficiente e ineficiente, de manera de encontrar determinantes necesarios para una correcta diferenciación de las bacterias en bacteroides y, por lo tanto, necesarios para una FBN. Para llevar a cabo esta comparación, realizamos distintos estudios para comparar los nódulos eficientes e ineficientes en la FBN, generados por S. meliloti 2011 y R. favelukesii LPU83, respectivamente. Utilizando la leguminosa modelo, Medicago truncatula, realizamos observaciones microscópicas de los nódulos que permitieron identificar diferencias morfológicas en los bacteroides dentro de los nódulos ineficientes. Realizamos ensayos de transcriptómica dual de los nódulos, que permitieron identificar tanto genes de la planta como de la bacteria, que podrían estar involucrados en el proceso de diferenciación de los bacteroides. La observación de los bacteroides al microscopio electrónico permitió confirmar que los bacteroides presentes en los nódulos ineficientes no se encuentran elongados. Esta observación, junto con la carencia de endorreduplicación del ADN permite confirmar que en los nódulos ineficientes generados por R. favelukesii, las bacterias no inician un proceso de diferenciación en bacteroide. La utilización de S. meliloti 2011 y R. favelukesii LPU83 como ejemplos de un desarrollo eficiente e ineficiente del nódulo, respectivamente, nos ha permitido identificar numerosos genes expresados diferencialmente, generando el interrogante de cuáles cumplirían un rol definido en el proceso simbiótico y cómo lo harían. Estos genes podrían ser blancos para el desarrollo de marcadores moleculares que permitan identificar nuevas cepas nativas con potencial en la FBN eficiente. La comprensión más detallada del proceso simbiótico y la utilización de dicho conocimiento para optimizar el uso de estas bacterias como inoculantes permitirán extender los límites de una agricultura sustentable.