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Para las leguminosas, una nueva ruta desde el brote hasta la raíz

Nódulos radiculares de Lotus japonicus . Crédito: Masayoshi Kawaguchi

Un nuevo estudio muestra que las plantas leguminosas regulan su relación simbiótica con las bacterias del suelo mediante el uso de citoquininas, moléculas de señalización, que se transmiten a través de la estructura de la planta desde las hojas hasta las raíces para controlar la cantidad de nódulos que contienen bacterias en las raíces. 


por RIKEN


Este estudio colaborativo fue realizado por investigadores del Instituto Nacional de Biología Básica, la Universidad de Posgrado de Estudios Avanzados (SOKENDAI) y el Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles en Japón.

Las legumbres, una importante familia de plantas que incluye lentejas, soja y cacahuetes, tienen la capacidad de prosperar en entornos de suelo pobres en nitrógeno gracias a una ingeniosa adaptación: desarrollan una relación simbiótica con bacterias fijadoras de nitrógeno llamadas rizobios, lo que permite que las bacterias infecten ellos dentro de estructuras especiales conocidas como nódulos que se encuentran a lo largo de sus raíces. Sin embargo, se necesita energía para producir y mantener estos nódulos, lo que perjudica la capacidad de crecimiento de la planta, por lo que las legumbres también tienen medios para reducir su número cuando no son necesarios.

Curiosamente, se sabe desde hace algún tiempo que la regulación de estos nódulos se realiza en los brotes de las plantas, por encima del suelo, y que de alguna manera las hojas transmiten la información a las raíces, mediante un mecanismo químico desconocido, para señalar que la planta debe desarrollar o eliminar los nódulos de las raíces. Se sabe que la señal ascendente desde la raíz hasta el brote se realiza mediante péptidos llamados CLE-RS1 y CLE-RS2, pero la identidad de la molécula que realiza la señalización descendente sigue siendo un misterio.

En esta investigación, publicada en Nature Communications , el grupo demuestra utilizando el modelo de leguminosa Lotus japonicus que la señalización descendente en realidad es realizada por una citoquinina, aunque aún no se ha identificado la molécula exacta, que pasa a las raíces a través de una red de tejidos llamada el floema. Las citoquininas son hormonas vegetales importantes que se sabe que regulan muchos aspectos del crecimiento y desarrollo de las plantas, y ahora se ha agregado a su repertorio una nueva función, la regulación de los nódulos radiculares.

Las plantas realizan la regulación de forma compleja. Las plantas hacen crecer los nódulos, proporcionando un lugar para que prosperen los rizobios. Entonces, la infección por rizobios de las raíces desencadena la producción de ciertos péptidos en las raíces, y la percepción de esta señal por el receptor quinasa HAR1 en los brotes, se presume, induce la producción de un inhibidor derivado de brotes no identificado que se transloca a las raíces. y bloquea el desarrollo adicional de nódulos. Los investigadores muestran que una vía de señalización llamada CLE-RS1 / 2-HAR1 activa la producción de citoquininas derivadas de brotes que tienen la capacidad de suprimir sistémicamente la nodulación.

Comunicación a larga distancia de hojas a raíces
Es la comunicación a larga distancia desde las raíces hasta las hojas y viceversa desde esas hojas hasta las raíces lo que mantiene el número adecuado de nódulos radiculares. Crédito: Masayoshi Kawaguchi

Este estudio, junto con los resultados de investigaciones anteriores, muestra claramente que las citoquininas son moléculas de señalización clave en la comunicación de órgano a órgano, lo que permite un crecimiento y desarrollo equilibrado de las plantas, y abre el camino para identificar la citoquinina exacta involucrada en la señalización descendente en Lotus japonicus.

Según Hitoshi Sakakibara, quien dirigió el grupo RIKEN que participa en el proyecto, «la citoquinina ha estado implicada en la señalización de larga distancia entre el brote y la raíz durante muchos años. Sin embargo, no se obtuvieron resultados convincentes de los estudios con Arabidopsis, la planta modelo más conocida . Ahora, nuestro estudio con Lotus japonicus nos ha dado la primera evidencia convincente de una función de señal de la citoquinina desde el brote hasta la raíz «.


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