Las legumbres tienen una capacidad única para interactuar con las bacterias del suelo fijadoras de nitrógeno conocidas como rizobios. Las legumbres y los rizobios forman una relación simbiótica cuando carecen de nitrógeno, lo que permite a la planta prosperar sin la necesidad de nitrógeno externo. Hoy en día, los científicos se enfrentan al desafío de transferir este mecanismo a cultivos no leguminosos como la cebada o el arroz para reducir la dependencia de los fertilizantes minerales nitrogenados, y se están logrando avances.
En un comunicado de la Universidad de Aarhus, informa de un importante descubrimiento sobre la transferencia del mecanismo de fijación de nitrógeno a los cultivos de cereales: “En la raíz de una leguminosa se forman nódulos simbióticos que son fácilmente colonizados por nitrógeno. –Bacterias fijadoras. El receptor de superficie celular SYMRK (quinasa similar al receptor de simbiosis) es responsable de transmitir la señal simbiótica desde la percepción de los rizobios hasta la formación de nódulos. El mecanismo de activación del receptor era desconocido hasta hace poco.
En este estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores identificaron cuatro sitios principales de fosforilación que actúan como catalizadores de la relación simbiótica entre las leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno. Las etapas iniciales de la vía simbiótica en la superficie celular están bien estudiadas; sin embargo, comprender cómo se transmite la señal “aguas abajo” ha eludido el campo de la investigación durante muchos años.
El descubrimiento de estos importantes sitios de fosforilación es un paso importante hacia la transferencia de la capacidad de formar relaciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno a plantas de cultivo distintas de las leguminosas.
“Sabíamos que el receptor y su actividad eran necesarios para establecer 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 planteamos la hipótesis de que la función SYMRK está asociada con una fosforilación específica”, explica el científico Nikolai Abel de la Universidad de Aarhus.
Gracias a la colaboración con el laboratorio de Ole Nørregaard Jensen de la Universidad del Sur de Dinamarca, se han identificado varios sitios de fosforilación en distintas regiones de la quinasa SYMRK. Los investigadores pudieron reducir los sitios clave agotando o imitando la fosforilación in vivo. En particular, cuatro sitios en la región N-terminal de SYMRK produjeron fenotipos fuertes cuando mutaron.
“Estamos estudiando el impacto de las mutaciones específicas de un sitio mediante la creación de variantes de receptores y su reintroducción en plantas que carecen de un receptor SYMRK funcional. La observación de un nódulo espontáneo sin rizobios, o la ausencia de nódulos a pesar de su presencia, indica que estamos apuntando a un elemento que es crítico para la vía simbiótica”, dice Abel.
Para comprender dónde se encuentran los sitios de fosforilación identificados en las quinasas SYMRK, los investigadores determinaron la estructura del dominio intracelular de SYMRK.
“Necesitábamos asignar los sitios de fosforilación al modelo estructural de la quinasa SYMRK para comprender realmente cómo estos sitios de fosforilación median la señalización posterior. Identificamos un motivo estructuralmente conservado en la región alfa-helicoidal N-terminal, al que denominamos “motivo alfa-I”. Esta región contiene cuatro sitios de fosforilación conservados”, explica la investigadora Malita Nørgaard.
El objetivo a largo plazo es lograr la simbiosis de los nódulos de las raíces en cultivos importantes como la cebada, el maíz y el arroz. El cultivo de estos cultivos requiere grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados, lo que produce emisiones de CO2 y es costoso para los pequeños agricultores.
“Al identificar con éxito los sitios de fosforilación que son críticos para desencadenar el programa de tuberización en las leguminosas, los investigadores creen que este nuevo conocimiento es prometedor para traducir las propiedades de fijación de nitrógeno a otros cultivos”.
Fuente: Universidad de Aarhus.
