Modelos de regulación de la fijación de nitrógeno en respuesta a sequíasoja y Medicago

Abstract

La FBN es un proceso particularmente sensible al estrés hídrico. Sin embargo, no se conoce con exactitud cuál es el mecanismo de regulación de la FBN en estas situaciones de estrés. En este estudio se ha investigado el posible papel que desempeñan el metabolismo del carbono y del nitrógeno en la regulación de la FBN en condiciones de estrés hídrico en especies de leguminosas de origen tropical (Glycine máx. (L.) Merr) y templado (Medicago sp.), utilizando variedades con diferente tolerancia frente a la sequía. En el capítulo l, utilizando dos cultivares de soja con diferente tolerancia frente a la sequía, Jackson y Biloxi, se comprobó que la regulación de la FBN en condiciones de estrés hídrico está relacionada con una reducción de flujo de carbono al bacteroíde, mediada por la inhibición de la SS nodular. En este sentido, el cultivar sensible, Biloxi, presentó una inhibición anterior de la SS y un descenso superior del contenido de malato. Asimismo, los niveles de este ácido orgánico fueron muy inferiores a los observados en el cultivar tolerante, Jackson. Esto implica una menor disponibilidad de sustratos carbonados para la respiración bacteroidal en Biloxi, y por tanto, una mayor susceptibilidad de inhibir su actividad nitrogenasa en condiciones de estrés hídrico. También se observó una gran acumulación de ureidos en los nódulos de ambos cultivares en plantas sometidas a sequía, que fue superior en Biloxi y coincidió con la inhibición de la FBN en ambos casos. Esta acumulación pudo provocar la retroinhibición de la FBN, y se produjo cuando el nivel de ureidos en hojas no se había visto modificado. Estos resultados indican que el metabolismo de ureidos en hojas no está directamente implicado en la rápida inhibición de la nitrogenasa en situaciones de estrés hídrico en soja. Sin embargo, numerosos estudios han observado una gran acumulación de ureidos en hojas de plantas de soja sometidas a sequía y se ha atribuido a este metabolismo un papel a largo plazo en la diferente sensibilidad mostrada por distintas variedades de soja. En este sentido, en el capítulo 2 se trabajó con dos fenotipos de soja que presentan una FBN tolerante al déficit hídrico (R01-416F y RO1-581F9) y con los parentales de estos, Jackson, tolerante, y KS4895, sensible. La diferente sensibilidad a la sequía de Jackson y KS4895 se ha asociado con la utilización de diferentes rutas enzimáticas en la degradación de ureidos en hojas, dependiente de Mn en el cultivar sensible, e independiente en el tolerante. En nuestro estudio se observó que los nuevos genotipos, así como su parental Jackson, acumulaban ureidos en hojas al añadir ureidos a la solución nutritiva independientemente de la concentración de Mn a la que crecieron las plantas. Sin embargo, el cultivar sensible KS4895, redujo su acumulación de ureidos cuando las plantas crecieron con elevadas concentraciones de Mn. Estos resultados confirman la implicación del Mn en la diferente respuesta a la sequía en cultivares de soja, aunque queda por establecer si el papel de este elemento se debe a su implicación en el metabolismo de ureidos. En el capítulo 3, se trabajó con 3 líneas de Medicago truncatula con diferente sensibilidad al estrés salino. Las líneas utilizadas fueron F83.005-5, Jamalong A17 y TN1.11, y presentaron un compartimiento frente a la sequía similar al observado en condiciones de estrés salino, de forma que F83.005-5 presentó la mayor sensibilidad y TN1.11 fue la mas tolerante. Las tres líneas mostraron una inhibición de la FBN frente al estrés hídrico previa a la inhibición de la SS, que fue la única enzima del metabolismo del carbono nodular que redujo su actividad en todas las líneas. Esto provocó una acumulación de compuestos carbonados en nódulo, especialmente malato y sacarosa. En el momento de la inhibición de la FBN se observó en las tres líneas una acumulación de aminoácidos en nódulo, principalmente Asn, que podría provocar la retroinhibición de la nitrogenasa. Sin embargo, aunque las tres líneas estudiadas mostraron un descenso similar de la FBN en condiciones de estrés hídrico, se observaron diferencias entre ellas en el grado de acumulación de aminoácidos, siendo la más tolerante TN1.11, la que mostró mayores niveles de aminoácidos y Asn en condiciones de estrés hídrico. En el capítulo 4 se pudo observar en plantas de alfalfa sometidas a sequía una inhibición de FBN independiente del flujo de carbono hacia el bacteroíde, de acuerdo con lo observado en Medicago truncatula. Estos resultados indican que el modelo de regulación de la FBN en el género Medicago difiere significativamente dl descrito en soja y en otros especies como guisante y alubia, sugiriendo una menor relevancia del flujo de carbono, en el control de la FBN. En el caso de alfalfa, una especie cultivada con alta tolerancia a la sequía, no se llegó a observar ninguna acumulación de Asn, ni del contenido total de aminoácidos, cuando la FBN estaba significativamente afectada. Estos resultados se asemejan a lo observado en la línea de Medicago truncatula TN1.11 y suponen que la inhibición de la FBN se puede producir de forma previa o independiente a la exportación del nitrógeno desde el nódulo hasta la parte aérea. Sin embargo se produjo una acumulación de otros aminoácidos minoritarios, principalmente los aromáticos y ramificados, que indican un desbalance en la relación carbono/nitrógeno en el nódulo en condiciones de estrés hídrico.