Colonización, infección y nodulación en la interacción mutualista Ensifer-Medicagoanálisis molecular y funcional de la implicacion del gen celC

Resumo

[ES]El crecimiento de la población mundial en las últimas décadas sobre todo en los paises no desarrollados es un motivo de preocupación global, llegándose a una cifra alarmante de personas afectadas por desnutrición y causas relacionadas. Actualmente, la producción agrícola mundial no cubre las necesidades de la población, debido principalmente a la mala distribución de los alimentos, pero en un futuro cercano, la producción agrícola no será suficiente para cubrir dichas necesidades. El aumento de la producción agraria ocurrido hacia la mitad del siglo pasado, que trajo consigo el incremento de la población, se basó en la aplicación de fertilizantes químicos, sobre todos nitrogenados. El abuso de dichos fertilizantes provocó una serie de problemas medioambientales y sobre la salud humana y animal, como por ejemplo, la eutrofización de las aguas o la pérdida de biodiversidad. Una de las alternativas que actualmente se proponen y está promovida por los organismos gubernamentales nacionales e internacionales , es el uso de biofertilizantes basados en microorganismos beneficiosos, ya que pueden establecer interacciones mutualistas con las plantas, incrementando su desarrollo vegetal debido a que le proporcionan a la planta beneficios como la solubilización de fosfato inorgánico y la fijación biológica de Nitrógeno (diazotrofos). Dentro de los organismos beneficiosos, los Rhizobia son uno de los más importantes y estudiados ya que son capaces de interacccionar con numerosas plantas de interés agrícola, debido a sus características que lo hacen un buen PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria). Además son capaces de establecer relaciones simbióticas con plantas leguminosas, desarrollándose un complejo diálogo molecular de reconocimiento mutuo, donde el rizobio penetra al interior de la raíz mediante el denominado proceso de infección via pelos radiculares y posteriormente seguir con el desarrollo nodular. Este proceso es altamente específico y tanto la planta como el rizobio deben ser compatibles. Estudios recientes han mostrado como una celulasa rizobiana, denominada celulasa CelC2, está implicada en la relación simbiótica Rhizobium-Trifolium. Esta cellulasa CelC2 es una celulasa simbiótica, original de la cepa ANU843 de Rhizobium leguminosarum bv trifolii, que muestra especificidad de sustrato por celulosa no cristalina. Cabe destacar que el gen celC, que codifica para esta celulasa, se encuentra localizado en un operón implicado en la biosíntesis de celulosa, el operón celABC. Por ello, se proponen dos roles para esta celulasa. El primero se relaciona con la adhesión de la bacteria a la superficie radicular y punta del pelo radicular, jugando un papel muy importante en la síntesis de las microfibrillas de celulosa bacteriana que se encuentran implicadas en la correcta formación de biopelículas. El segundo rol está relacionado con la infección primaria, siendo la celulasa CelC2 esencial en la entrada del rizobio al pelo radicular, etapa estrictamente regulada, mostrándose un fenotipo denominado HoT (Hole On the Tip) (Robledo et al., 2008; 2011; 2012). Mutantes knock out muestran un defecto en la erosión de la punta del pelo radicular, no ocasionándose el fenotipo HoT y por ende no existiendo infección ni se obtienen nódulos fijadores de Nitrógeno. Además, estos mutantes presentan una superproducción en microfibrillas de celulosa. Sin embargo, mutantes que sobreexpresan dicha celulasa degradan fuertemente los sitios de entrada y final del canal de infección, produciéndose una desorganización nodular interna, por lo que los nódulos formados no seran efectivos en la fijación de Nitrógeno. Partiendo de estos resultados previos y apoyándonos en la existencia de homólogos u ortólogos a celC en otros géneros relacionados como lo es el género Ensifer, el objetivo principal de esta tesis doctoral es profundizar en las diferentes implicaciones de la celulasa CelC2 y su ortólogo en Ensifer en las diferentes etapas simbióticas, utilizando para este fin el sistema simbiótico modelo Ensifer-Medicago.