Las leguminosas tienen la capacidad de interactuar con las bacterias fijadoras de nitrógeno del suelo, conocidas como rizobacterias. Las legumbres y los rizobacterias entablan relaciones simbióticas ante la falta de nitrógeno, lo que permite que la planta prospere sin la necesidad de un suministro externo de este nutriente.
Se forman nódulos simbióticos en la raíz de la planta, que son colonizados por bacterias fijadoras de nitrógeno . El receptor de superficie celular SYMRK (quinasa similar al receptor de simbiosis) es responsable de mediar la señal simbiótica desde la percepción de los rizobacterias hasta la formación del nódulo. El mecanismo de activación del receptor era desconocido.
En este estudio, que aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores identificaron cuatro sitios de fosforilación esenciales que actúan como catalizadores de la relación simbiótica entre las plantas leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno. Los pasos iniciales de la vía simbiótica en la superficie celular están bien caracterizados; sin embargo, la comprensión de cómo se transmite la señal aguas abajo ha eludido el campo de investigación durante años.
El descubrimiento de estos sitios de fosforilación esenciales es un paso importante hacia la traducción de la capacidad de formar relaciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno en plantas de cultivo.
«Sabíamos que el receptor y su actividad es esencial para el establecimiento de la simbiosis, pero no sabíamos cómo ni por qué. La fosforilación es un mecanismo común para regular la actividad de la quinasa, por lo que teorizamos que la función SYMRK estaba ligada a fosforilaciones específicas». Nikolaj Abel lo explica.
A través de colaboraciones con el laboratorio de Ole Nørregaard Jensen en la Universidad del Sur de Dinamarca, se identificaron varios sitios de fosforilación en distintas regiones de la quinasa SYMRK. Los investigadores pudieron reducir los sitios esenciales agotando o imitando las fosforilaciones in vivo. Específicamente, cuatro sitios en la región N-terminal de SYMRK dieron fenotipos fuertes cuando mutaron.
«Exploramos el impacto de las mutaciones específicas de un sitio creando variantes de receptores y reintroduciéndolas en plantas que carecen del receptor SYMRK funcional. La observación de la nodulación espontánea sin rizobacterias o la ausencia de nodulación a pesar de su presencia indica que nos hemos centrado en un elemento crucial para la vía simbiótica», dice Abel.
Para comprender dónde estaban situados los sitios de fosforilación identificados en la quinasa SYMRK, los investigadores determinaron la estructura del dominio intracelular de SYMRK.
«Necesitábamos poder mapear los sitios de fosforilación en un modelo estructural de la quinasa SYMRK para comprender realmente cómo estos sitios de fosforilación permiten la señalización aguas abajo. Identificamos un motivo estructuralmente conservado en la región alfa-helicoidal N-terminal que denominamos ‘el motivo alfa-I. Esta región contiene los cuatro sitios de fosforilación conservados», explica Malita Nørgaard.
El objetivo es permitir la simbiosis de los nódulos de raíces en cultivos importantes
El objetivo a largo plazo es permitir la simbiosis de los nódulos de raíces en cultivos importantes como la cebada, el maíz y el arroz. Estos cultivos requieren grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados para crecer, lo que genera enormes huellas de CO2 y hace que los pequeños agricultores no puedan producir rendimientos estables.
Con la identificación exitosa de los sitios de fosforilación cruciales para iniciar el programa de nodulación en plantas leguminosas, los investigadores creen que este nuevo conocimiento tiene implicaciones prometedoras para traducir los rasgos de fijación de nitrógeno en otros cultivos diferentes a leguminosas.
Referencias
Aarhus University. (12 de Febrero de 2024). Researchers uncover a key link in legume plant-bacteria symbiosis. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2024-02-uncover-key-link-legume-bacteria.html
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