Las legumbres son una familia de plantas ampliamente consumida que sirve como una fuente importante de proteínas, fibra y otros nutrientes esenciales en la dieta. Obtienen nitrógeno a través de un proceso especializado conocido como nodulación, una asociación simbiótica en la que las bacterias del suelo infectan la raíz de unplanta, forma nódulos en forma de bulbo y convierte el nitrógeno en una forma amigable para las plantas. Comprender cómo se regula la nodulación puede ayudar a los esfuerzos ambientales para mejorar la eficiencia del cultivo de leguminosas y reducir la necesidad de fertilizantes químicos.
En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , investigadores de la Universidad de Tsukuba han identificado una vía genética clave en la leguminosa Lotus japonicus que controla la nodulación en respuesta a los niveles de nitrógeno en el suelo.
El nitrógeno es un elemento esencial para todos los organismos vivos, ya que se utiliza para crear los componentes orgánicos de la vida: ADN, ARN y proteínas. Para las leguminosas, la obtención o "fijación" de nitrógeno a través de nódulos tiene un costo,porque la planta necesita gastar energía y recursos para mantener la bacteria. Debido a esta compensación, las legumbres deben mantener un equilibrio de nodulación finamente ajustado.
"Los nódulos de la raíz se forman en respuesta a los bajos niveles del suelo de moléculas de nitrógeno fijas como el nitrato", explica la autora principal Hanna Nishida. "Cuando aumenta la concentración de nitrato del suelo, las legumbres pueden responder inhibiendo la nodulación de la raíz. El mecanismo de esta respuesta era desconocidoSin embargo, nuestro objetivo era determinar cómo ocurre la regulación dependiente de nitrato en estas plantas ".
El equipo de investigación realizó una prueba genética, mutando químicamente los genes de L. japonicus y buscando mutaciones que hicieron que los nódulos no respondieran al nitrato. Encontraron un gen, que denominaron simbiosis 1 que no responde al nitrato NRSYM1, que cuando muta hace que la leguminosacontinúe formando nuevos nódulos incluso cuando el nitrato está en el suelo. Además, descubrieron que la misma mutación interrumpe la regulación de los nódulos en varios otros puntos de control clave: en las plantas con deficiencia de NRSYM1, el nitrato ya no puede evitar el crecimiento de los nódulos existentes, deténgaselos nódulos fijan nitrógeno o evitan que las bacterias infecten las raíces en primer lugar.
Tras confirmar el papel esencial de NRSYM1, el equipo se propuso descubrir cómo lleva a cabo sus numerosos efectos sobre la nodulación. Determinaron que NRSYM1 codifica un factor de transcripción, una proteína que, en presencia de nitrato, activa directamente otragen que detiene la formación de nuevos nódulos. Si bien el vínculo entre NRSYM1 y los otros puntos de control aún no está claro, los investigadores creen que su estudio sienta las bases para futuros descubrimientos.
"El control de la nodulación de la raíz es un proceso complejo que probablemente involucra múltiples vías de señalización", señala el autor correspondiente Takuya Suzaki. "Nuestro hallazgo de que NRSYM1 es un regulador sensible a los nitratos de la expresión génica es importante, ya que abre la puerta a encontrar otrosobjetivos genéticos regulados por este factor. Vemos esto como un importante paso adelante en la comprensión de cómo las leguminosas responden al nitrógeno del suelo, y esperamos que esto ayude a informar los programas de mejoramiento y los esfuerzos de ingeniería genética que apuntan a mejorar la eficiencia del cultivo ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Tsukuba . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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